Bioinformatică

Definitie: Unirea dintre biologie si computer science a creat o noua stiinta numita bioinformatica.

Definitie larga: bioinformatica descrie orice utilizare a computerelor pentru prelucrarea informatilor biologice.

Sunt alte domenii ---de exemplu analiza imaginilor medicale care pot fi considerate parti ale bioinformaticii. Exista de asemenea o intreaga gama de discipline computationale de inspiratie biologica ; genetic algorithms, inteligenta artificiala (AI), retele neurale(neural networks). Adesea aceste domenii interactioneaza in directii ciudate. Neural networks, inspirate de modele brute de functionare a celulelor nervoase din creier, sunt utilizate in programe (called PHD) pentru a predictiona, surprisintor de pecis, structura secundara a proteinelor plecand de la secventele lor primare.

Definitie mai exacta: utilizarea computerelor pentru studiul componentelor molecular ale organismelor (entitati vii).

- Calculatorele contribuie nu numai cu capacitatea de procesa si memora a datelor , dar si cu metode matematice sophisticate pentr a obtine rezultate

- Astazi bioinformatica este o stiinta aplicata.

- Utilizam programele de computer pentru a cauta si a trage concluzii din arhivele de date ale biologiei moleculare moderne , pentru a face conexiuni intre ele, si pentru a produce predictii interesante si utile

Bioinformatica "Clasica"

Majoritatea biologistilor spun ca "fac bioinformatica" cand ei utilizeaza computerele pentru a memora, cauta, analiza sau predictiona compozitia unei structuri a biomoleculei. Ca si calculatoristi s-ar putea adauga si simulare la aceasta lista de verbe bionformatice. "Biomoleculele" includ materialul genetic ---acizi nucleici---si produsul genelor : proteinele. Acestea sunt semnificatiile ale bioinformaticii "clasice", care lucreaza in general cu analiza secventelor (sequence analysis).

Fredj Tekaia de la Institutul Pasteur offera aceasta definitie a bioinformaticii:

"Metodele matematice, statistice si computationale folosite pentru a rezolva probleme biologice utilizand secvente de AND (DNA) si amino acizi si informatile alferente "

Din punct de vedere matematic majoritatea moleculelor biologice au o proprietate interesanta: ele sunt polimeri (polymers); adica lanturi ordonate de module moleculare simple numite monomeri(monomers). Se poate gandii la monomeri ca si blocuri de constructie care , desi au culori si forme diferite , toate au aceiasi grosime si acelasi mod de a se conecta unul cu celalalt

Monomeri care se pot combina intr-un lant sunt din aceasi clasa generala, dar fiecare fel de monomer din acea clasa are setul sau de characteristici bine-definte.

Mai multe molecule monomere pot fi unite impreuna pentru a forma o singura si mare macromolecula. Macromoleculele pot avea contentimut informational specific si/sau proprietati chmice.

Referitor la aceasta schema, monomeri dintr-o macromolecule data de ADN(deoxyribonucleic acid) sau de proteina pot fi tratati computational ca si litere ale unui alfabet, pot fi pusi impreuna in aranjemente pre-programate pentru a transporta mesaje sau pentru a lucra intr-o celula.

Bioinformatica "Noua"

Marea realizare a metodelor bioinformatice , Proiectul Genomului Uman (Human Genome Project), este actualmente terminat complet. Din cauza naturi si a prioritarilor cercetarilor din bioinformatica aplcatiile se schimba. Adesea se vorbeste ca am trai in era "post genetica" ("post-genomic") Aceasta afecteaza bioinformatica in mai multe feluri:

- Acum suntem in posesia a multiple genomuri complete si putem cerceta sa vedem diferentele si similaritatile dintre genele unor specii multiple. Din aceste studii vom putea trage concluzii particulare despre specii si concluzii generale despre evolutie. Aceasta tip de stiinta este referit adesea ca si genomica comparativa (comparative genomics).

- Exista acum tehnologii desemnate pentru a masura numarul relativ al copiilor unui mesaj genetic (nivelurile unei expresii de gene) la diferite stagii de dezvoltarea sau in boli sau in diverse tesuturi. Asemenea technologii, cum ar fi DNA microarrays vor creste in importanta. (O matrice (array) este un aranjament ordonat de esantioane de ADN (DNA samples). Aceasta furnizeaza un mediu pentru pentru compararea (matching) esatioanelor cunoscute si necunoscute basat pe regulile de paritate de baza(base-pairing rules) si automatizeaza procesul de identificare a celor necunoscute)

- Alte metode mai directe si pe scara larga pentru identificarea functiilor genelor si asociatilor de gene (for example yeast two-hybrid methods) vor creste in semnificatie si cu ele ramura bioinformaticii: genomica funtionala (functional genomics).

- Va fi o mutare generala acentuata (a analizei secventelor in special ) de la gene insele la produsul genelor. Aceasta va da nastere la :

o Incercari de a cataloga activitatile si de a caracteriza interactiunile dintre toate produsele genelor (in humans): proteomics ).

o Incercari de a cristaliza si/sau de a prediona structura tuturoe proteinelor (in humans): structural genomics.

- Cea ce unii numesc cercetare sau informatica medicala ( research or medical informatics), managementul tuturor datelor experimentale biomedicale asociate cu pacienti sau molecule particulare ---de la mass spectroscopy, la in vitro assays to clinical side-effects---se va muta de la companii de medicamente (drug company) si spitale I.T. (information technology) in curentul general al biologiei celulei saau al moleculei si va migra de la comercial si clinic la sectoarele academice

Toate aceste domenii non-clasice de cercetare depind de tehnicile deja stabilite de analiza a secventelor.

Istoric:

Landmarks in the Human Genome Project

1953 Watson-Crick structure of DNA published.

1975 F. Sanger, and independently A. Maxam and W. Gilbert, develop methods for sequencing DNA.

1977 Bacteriophage ?X-174 sequenced: first 'complete genome.'

1980 US Supreme Court holds that genetically-modified bacteria are patentable. This decision was the original basis for patenting of genes.

1981 Human mitochondrial DNA sequenced: 16 569 base pairs.

1984 Epstein-Barr virus genome sequenced: 172 281 base pairs

1990 International Human Genome Project launched - target horizon 15 years.

1991 J. C. Venter and colleagues identify active genes via Expressed Sequence Tags - sequences of initial portions of DNA complementary to messenger RNA.

1992 Complete low resolution linkage map of the human genome.

1992 Beginning of the Caenorhabditis elegans sequencing project.

1992 Wellcome Trust and United Kingdom Medical Research Council establish The Sanger Centre for large-scale genomic sequencing, directed by J. Sulston.

1992 J. C. Venter forms The Institute for Genome Research (TIGR), associated with plans to exploit sequencing commercially through gene identification and drug discovery.

1995 First complete sequence of a bacterial genome, Haemophilus influenzae, by TIGR.

1996 High-resolution map of human genome - markers spaced by ~ 600 000 base pairs.