מבוא לביואינפורמטיקה -חלק א

שלום לכולם,

בסדרת הפוסטים זו נעשה סדר במושגים של הביואינפורמטיקה , נתחיל במבוא אליה וננסה להכנס לקרביים שלה על ידי כמה שיותר דוגמאות חיות והפניות לכלים רלוונטים

רוב המחקר הביולוגי נעזר בסוגים שונים של יישומים מתמטים, סטטיסטיים או כלי חישוב מבוססי תוכנה על מנת לעבד נתונים ולשלב מידעים שונים בתהליך מתן תשובה לשאלה ביולוגית. לדוגמה, חשבון וסטטיסטיקה חיוניים לעבודת מעבדה השוטפת, כגון מיהולים של חומרים שונים, ספירת מושבות חיידקים, או אפילו ספירת פרטים בסביבה טבעית.שימוש אינטנסיבי יותר בכלי חישוב משמש לחיזוי קצב גידול של אוכלוסיה אנושית על מנת לייסד מודלים קינטיים של אנזימים. שימוש מחוכם למדי של כלי חישוב יכול לממש תאוריות בתורת המשחקים כדי לאפיין התנהגות בעלי חיים ואבולוציה, או איפיון מיליוני משוואות דיפרנציאליות של מודל זרימת הדם אל הלב וממנו.

לא משנה אם החישוב מסובך או פשוט, אין כל ספק בנוגע לחיוניותם של שיטות החישוב המודרניות במחקר הביולוגי העכשווי. אולם אף אחת מהדוגמאות שהראנו אינו ניחן בהגדרה של ביואינפורמטיקה.

המושג ביואינפורמטיקה הוטבע לראשונה בשנת 1970 על ידי בן הספר ופולן הוגוון והוגדר כ "מחקר של תהליכי מידע במערכות ביולוגיות" כאשר בעצם הוא מהווה תחום מחקר המשלב שתי דיסציפלינות עיקריות, מדעי המחשב וביולוגיה.

אם נרצה להגדיר את הביואינפורמטיקה בצורה רחבה יותר, נגדיר זאת כטכנולוגיה המשתמשת בכוחות מחשוב לאחסון, אחזור, מניפולציה, של מידע המיוחס למאקרו-מולקולות ביולוגיות כגון DNA, RNA וחלבונים.

יישום

באופן מעשי יותר ניתן לחלק את הביואינפורמטיקה לשני תתי תחומים המשלימים זה את זה. הראשון, פיתוח כלי המחשוב ומאגרי המידע, השני הוא יישום הכלים ומאגרי המידע הללו להבנת הביולוגיה, תהליכים שלה ומערכות החיים השונות שהיא מייצגת. ניתן לומר שהביואינפורמטיקה חוקרת שלוש שאלות עיקריות, אנליזת רצפים, אנליזת מבנים ואנליזת פונקציונאליות.

אנליזת רצפים – העמדת רצפים, חיפוש במסדי נתונים, גילוי מוטיבים או דפוסים, מציאת גנים, בניית עצים פילוגנטיים או יחסים אבולוציונים, איחוד והשוואת גנים.

אנליזת מבנים – מבנים של חלבונים, מבנים של רצפי חומצות גרעין, השוואת מבנים, קטלוג מבנים וחיזוי מבנים.

תמונה של המוגלובין

דוגמה לחזוי מבנה של חלבון ההמוגלובין על ידי התוכנה Pymol

אנליזת פונקציונאליות – אפיון ביטויים גניים, חיזוי אנטראקציה בין חלבונים, חיזוי מיקום החלבונים, מעקב אחר המסלול המטבולי, וסימולציות.

פיתוח כלי המחשוב כוללים כתיבת תוכנות עבור אותן שאלות כמו גם פיתוח אלגוריתמים לאגירת המידע ביולוגי. במהלך פיתוח כלים אלו נשאלות שאלות חדשות שדורשות מענה של פיתוח מחוכם יותר. מיותר לומר כי כל אותן אנליזות קשורות זו בזו, לדוגמה מבנה של חלבונים תלוי במידע שהצלחנו להוציא מתוך העמדת רצפי חומצות האמינו; פעילות של גן מסויים מופק מעצים פילוגנטיים שנגזרים מאנליזת רצפים.

מטרת הביואינפורמטיקה היא הבנת המערכות הביולוגיות והפונקציונאליות שלהן ברמה המולקולרית על ידי אנליזת הרצפים המולקולרים והמידע המבני שלהם לאורה של הדוגמה המרכזית של הביולוגיה, שבה DNA משועתק לRNA שמתורגם לחלבון שבתורו מאופיין על ידי פעילות ייחודית מה שקובע את פונקציונאליות התא ממנו נשלח.  אנליזות מסוג זה נותנות פרספקטיבה רחבה יותר על צורות החיים הביולוגיים, מאפשרות פיצוח בעיות פונקציונאליות ומריצים את כל המחקר הביולוגי קדימה.

המשך יבוא..

אם יש לכם הערות, הארות, שאלות, פידבקים על התוכן או על איך שהאתר נראה, רעיונות אתם יותר ממוזמנים ליצור קשר⛓️:

bioinformatics.israel@gmail.com

2 Replies to “מבוא לביואינפורמטיקה -חלק א”

  1. היי, נתקלתי באתר שלכם ורציתי להודות על התוכן שאתם מעלים! אני בן 18 וחקרתי מעט אודות הביואינפורמטיקה, השילוב של תורת החיים יחד עם עולם המחשבים נשמע ייחודי ומרתק מאוד. עד כמה לימודי המקצוע קשים? אמנם עומד בפני פרק זמן ארוך למדי לפני שאוכל להתחיל ללמוד, אך אשמח להרחיב את הידע שלי עד כמה שניתן דרך האינטרנט. לא יצא לי לשמוע הרבה על המקצוע בסביבתי ובמדיה בפרט, האם זהו מקצוע מבוקש בשוק העבודה כיום?
    אשמח לשמוע מעט על ההתעסקות בפועל מאנשים העוסקים במקצוע 🙂

  2. הי פיליפ
    א. תודה רבה על הפידבק.
    ב. לפי דעתי ניתן לגשת למקצוע משלוש גישות שונות שתלויות ביכולות שלך. הראשונה היא ללמוד מדעי המחשב ואז לעשות השלמות במדעי החיים, השניה קצת יותר מסובכת היא ללמוד מדעי החיים ואז לקחת קורסים בתכנות מה שדורש לא מעט אנרגיה. והשלישית היא פשוט ללמוד ביואינפורמטיקה באוניברסיטה, שם יספקו לך את כל הכלים הנדרשים לכך.
    בנתיים הרשת מלאה בחומר ממש יעיל וממצא על כל תחום שהזכרתי כאן.
    ג. כן המקצוע מבוקש היום.

השאר תגובה

האימייל לא יוצג באתר. שדות החובה מסומנים *