الرئيسية » جديد العلوم بالعربية » لمحة عن المعلوماتية الحيوية Bioinformatics

لمحة عن المعلوماتية الحيوية Bioinformatics

المعلوماتية الحيوية

المقدمة:

كيف يمكن أن نكشف موقع طفرةٍ معينة في المادة الوراثية؟ كيف يمكن أن نتوقّع البنى البروتينية المعقّدة المكتوبة بالشيفرة الجينية؟ كيف يمكن لنا أن نرسم أشكالًا ثلاثية الأبعاد لتلك البروتينات أو الإنزيمات أو نتوقع تفاعلها مع بعضها البعض؟  كيف يمكن لعلماء اليوم التحدّث ببساطةٍ عن (الجينوم) وهو كامل المادة الوراثية للكائن الحيّ أو (البروتوم) وهو مجموع البروتينات التي يملكها، وهل هم قادرون على التعامل مع الكمّ الهائل من مليارات البيانات التي يحتويها؟  كم يستغرق هذا الجهد الجبار من الوقت!؟

يكمن الجواب على تلك الأسئلة -التي قد تبدو مستحيلة- في استعمال البيولوجيا الحديثة لما يدعى بالمعلوماتية الحيوية (Bioinformatics). إن التحدي الأكير  لعلماء الأحياء يكمن في فهم البيانات الهائلة والتوصل إلى أسرار طبيعة الكائنات الحية. وبالتالي فإن وجود فجوه كبيرة بين توافر البيانات البيولوجية وبين فهم الإنسان لتلك البيانات دعا إلى وجود المعلوماتية الحيوية كمجال علمي يعنى بتقليص تلك الفجوة.

المفهوم:

المعلوماتية الحيوية (بالإنجليزية: Bioinformatics) أو علم الأحياء الحاسوبي (computational biology) هو استخدام أحدث تقنيات الرياضيات التطبيقية والمعلوماتية والإحصاء وعلوم الحاسب لمعالجة وتحليل البيانات البيولوجية.

ووفقاً للمركز الوطني لمعلومات التكنولوجيا الحيوية (NCBI) فإن المعلوماتية الحيوية هي العلم الذي نتج عن اندماج علم الحاسب الآلي (Computer Science) والأحياء (Biology) وتكنولوجيا المعلومات (Information technology) لتكوين مجال علمي واحد.

أمّا ويبوبيديا (Webopedia) فإنها تعرّف المعلوماتية الحيوية على أنها تطبيق التكنولوجيا الحاسوبيّة والمعلوماتيّة في إدارة المعلومات البيولوجيّة، وبشكل محدّد هي علم تطوير قواعد بيانات وخوارزميّات حاسوبيّة لتسهيل وتسريع الأبحاث البيولوجيّة.

وتشير المصطلحات التالية “المعلوماتية الحيوية والبيولوجيا الحوسبيّة والبنية التحتيّة للمعلومات البيولوجيّة” لنفس المضمون تقريباً. فالمعلوماتية الحيوية تقوم على استخدام علم الحاسب الآلي للإجابة على الأسئلة التي يطرحها علماء الأحياء من أجل فهم طبيعة الكائنات الحية.

المبادئ الأساسية التي تقوم عليها المعلوماتية الحيوية:

إن المعلوماتية الحيوية تقوم على قدرة قواعد البيانات بتخزين المعلومات الناتجة عن الأبحاث ومقارنتها مع بعضها البعض وتحليل النتائج للوصول لتنبؤات أو معلومات عن دور المورثات أو البروتينات من خلال التشابه الجيني بينها.

المجالات والتطبيقات:

تشمل المعلوماتية الحيوية الكثير من المجالات البحثية والتطبيقات نذكر منها:

  1. العثور على الجينات (Gene finding): يعني هذا أنه لدينا سلسلة من (DNA) نرغب في معرفة مواقع الجينات على هذه السلسلة، أو التنبؤ بتركيب الجين أي تحديد الأجزاء التي ترمز إلى بروتينات تسمى (exons) والأجزاء الأخرى التي لا ترمز إلى بروتينات تسمى(introns) وأشهر البرامج في هذا المجال برنامج (GRAIL) الذي يعمل باستخدام الشبكات العصبية الاصطناعية.
  2. محاذاة السلاسل (Sequence alignment): هو عبارة عن فحص يتم اجراؤه لمعرفة التشابه بين سلسلة وأخرى من الجينات ,فوجود تشابه في السلاسل يدل على وجود وظيفة مشتركة أو مشابهة للجينات. ويوفر المعهد الأوروبي للمعلوماتية الحيوية (EBI) على موقعه الإلكتروني عدة برامج لمحاذاة السلاسل من أشهرها (needle) و(smith) لمحاذاة السلاسل الثنائية باستخدام البرمجة الديناميكية.
  3. معرفة التركيب الثنائي والثلاثي والرباعي (إن وجد) للبروتينات(Protein folding): حيث يسهل ذلك معرفة وظيفة البروتين نتيجة لوجود ارتباط وثيق بين شكل البروتين ووظيفته. ويعد (HMMTOP) من أحد البرامج في هذا المجال وقد طور باستخدام نماذج ماركوف المخفية.
  4. تحديد مواقع ارتباط عوامل النسخ (Transcription factor binding site identification): وهي عبارة عن مواقع قصيرة جداً على سلاسل (DNA) عندما يرتبط بها نوع معين من البروتينات “عوامل النسخ” تتم عملية إنتاج البروتين من الجين أو ما يعرف بالتعبير الجيني(Gene expression). ويعد برنامج (MEME) من أكثر البرامج دقة في التعرف على مواقع ارتباط عوامل النسخ.

كيف يمكن تطبيق المعلوماتية الحيوية ؟

يمكن لأي باحث الاستفادة من قواعد البيانات الهائلة لهذا العلم، حيث يوجد حتى الآن ما يقارب 1554 من قواعد البيانات وأغلبها متاحة بالمجان للباحثين ! ولعل أشهرها ما يوجد على موقع (NCBI) الذي يسمح بمقارنة تسلسلات (DNA) مع أي كائن من الكائنات الأخرى، بالإضافة لبنك البروتينات (PDB) الذي يضمّ تسلسلات البروتينات وبنيتها ثلاثية الأبعاد.

 

الخلاصة:

إن المعلوماتية الحيوية تعد من أحدث علوم الحاسب، وقد استُخدمت المعلوماتية الحيوية على نطاق واسع في أبحاث الجينوم البشري ضمن مشروع الجينوم البشري الذي حدّد السلسلة الجينيّة الكاملة للإنسان التي تتكوّن من حوالي ثلاثة مليارات زوج أساسي، وإن استخدامها قد ساعد بشكل رئيسي على فهم الأمراض واكتشاف عقاقير جديدة فعّآلة. و للعمل ضمن مجال المعلوماتية الحيوية يجب الإلمام بعدد من العلوم تشمل علم الأحياء والرياضيات وعلوم الحاسب إضافةً لقوانين الفيزياء والكيمياء والأهم هو الإلمام بتكنولوجيا المعلومات،  من أجل تحليل البيانات البيولوجية ودراستها. و لا ينحصر استخدام المعلوماتية الحيوية في حوسبة البيانات البيولوجية بل يتعدى ذلك لحل العديد من المشاكل البيولوجية.

إعداد: أحمد محمد الشيخ

المصادر:

  1. Introduction to bioinformatics. “teresa k.Attwood and David Parry Smith”.1999.
  2. Advanced Concepts Team, Directorate of Technical and Quality Management.
  3. Biomimicry: Innovation Inspired by Nature.
  1. Biomimicry for Optimization, Control, and Automation, Springer-Verlag, London, UK, 2005, Kevin M. Passino
  2. Bionics and Engineering: The Relevance of Biology to Engineering, presented at Society of Women Engineers Convention, Seattle, WA, 1983, Jill E. Steele
  3. Bionics: Nature as a Model. 1993. PRO FUTURA Verlag GmbH, München, Umweltstiftung WWF Deutschland.


 

اضف رد

لن يتم نشر البريد الإلكتروني . الحقول المطلوبة مشار لها بـ *

*

ăn dặm kiểu NhậtResponsive WordPress Themenhà cấp 4 nông thônthời trang trẻ emgiày cao gótshop giày nữdownload wordpress pluginsmẫu biệt thự đẹpepichouseáo sơ mi nữhouse beautiful