بیوانفورماتیک ساختاری ویرایش ]

مقالات اصلی: بیوانفورماتیک ساختاری و پیش بینی ساختار پروتئین

همچنین ببینید: نقوش ساختاری و حوزه ساختاری

ساختار پروتئینی 3 بعدی مانند این یکی از موضوعات رایج در آنالیزهای بیوانفورماتیک است.

پیش بینی ساختار پروتئین یکی دیگر از کاربردهای مهم بیوانفورماتیک است. اسید آمینه دنباله ای از یک پروتئین، به اصطلاح ساختار اولیه ، می تواند به راحتی از دنباله ای بر روی ژن مشخص شد که کد برای آن است. در اکثریت قریب به اتفاق موارد ، این ساختار اولیه به طور منحصر به فرد یک ساختار را در محیط بومی خود تعیین می کند. (البته استثنا، مانند وجود دارد جنون گاوی (گاوی) پریون .) دانش از این ساختار در درک عملکرد پروتئین حیاتی است. اطلاعات ساختاری معمولاً به عنوان یکی از ثانویه ها ، درجه سوم و کواترنر طبقه بندی می شوندساختار یک راه حل عمومی مناسب برای چنین پیش بینی هایی همچنان یک مسئله باز است. بیشتر تلاش ها تاکنون به سمت اکتشاف پذیری انجام شده است که بیشتر اوقات کار می کنند. [ نیاز به استناد ]

یکی از ایده های اصلی در بیوانفورماتیک مفهوم هومولوژی است . در شاخه ژنومی بیوانفورماتیک ، از هومولوژی برای پیش بینی عملکرد یک ژن استفاده می شود: اگر دنباله ژن A که عملکرد آن شناخته شده است ، با توالی ژن B که عملکرد آن ناشناخته است ، همگن است. عملکرد A را به اشتراک بگذارید. در شاخه ساختاری بیوانفورماتیک ، از همولوژی برای تعیین اینکه کدام قسمت های یک پروتئین در شکل گیری ساختار و تعامل با سایر پروتئین ها مهم است ، استفاده می شود. در تکنیکی به نام مدل سازی هومولوژی ، این اطلاعات برای پیش بینی ساختار پروتئین پس از شناخته شدن ساختار پروتئین همولوگ استفاده می شود. این در حال حاضر تنها راه پیش بینی قابل اعتماد ساختار پروتئین است.

یک نمونه از این موارد هموگلوبین در انسان و هموگلوبین موجود در حبوبات ( لژموگلوبین ) است که خویشاوندان دور از همان سرپرستی پروتئین مشابه هستند . هر دو در خدمت هدف مشابه حمل و نقل اکسیژن در ارگانیسم ها هستند. اگرچه هر دو پروتئین دارای توالی اسیدهای آمینه کاملاً متفاوت هستند ، ساختار پروتئین آنها تقریباً یکسان است که این نشان دهنده اهداف نزدیک به همسان و جد مشترک آنها است. [39]

تکنیک های دیگر برای پیش بینی ساختار پروتئین شامل نخ پروتئین و نو (از ابتدا) مدل سازی مبتنی بر فیزیک.

جنبه دیگر بیوانفورماتیک ساختاری شامل استفاده از ساختارهای پروتئینی برای مدلهای غربالگری مجازی مانند مدلهای رابطه ساختار-فعالیت و مدلهای پروتئوشیمیومتری (PCM) است. علاوه بر این ، ساختار بلوری پروتئین را می توان در شبیه سازی مطالعات اتصال لیگاند و در مطالعات جهش زایی سیلیکون مورد استفاده قرار داد.

زیست شناسی شبکه و سیستم ها ویرایش ]

مقالات اصلی: زیست شناسی سیستم های محاسباتی ، شبکه بیولوژیکی و Interactome

تجزیه و تحلیل شبکه به دنبال درک روابط درون شبکه های بیولوژیکی مانند شبکه های متقابل متابولیک یا پروتئین پروتئین است . اگرچه شبکه های بیولوژیکی می توانند از یک نوع مولکول یا موجودیت واحد ساخته شوند (مانند ژن ها) ، زیست شناسی شبکه غالباً سعی دارد انواع مختلفی از داده ها مانند پروتئین ها ، مولکول های کوچک ، داده های بیان ژن و سایر موارد را که همه از لحاظ جسمی به هم متصل هستند ، ادغام کند. ، عملکردی یا هر دو

زیست شناسی سیستم ها شامل استفاده از شبیه سازی های رایانه ای زیر سیستم های سلولی (مانند شبکه های متابولیت ها و آنزیم ها که متابولیسم ، مسیر انتقال سیگنال و شبکه های تنظیم کننده ژن را تشکیل می دهند ) را برای تجزیه و تحلیل و تجسم اتصالات پیچیده این فرآیندهای سلولی است. زندگی مصنوعی یا تکامل مجازی سعی در درک فرایندهای تکاملی از طریق شبیه سازی رایانه ای از اشکال ساده زندگی (مصنوعی) دارد.

شبکه های تعامل مولکولی ویرایش ]

تعامل بین پروتئین ها اغلب با استفاده از شبکه ها تجسم و تجزیه و تحلیل می شوند. این شبکه از فعل و انفعالات پروتئین و پروتئین از Treponema pallidum ، عامل ایجاد کننده سفلیس و سایر بیماری ها تشکیل شده است.

مقالات اصلی: پیش بینی تعامل پروتئین و پروتئین و تعامل

ده ها هزار ساختار پروتئین سه بعدی توسط کریستالوگرافی با اشعه ایکس و طیف سنجی رزونانس مغناطیسی هسته ای پروتئین (پروتئین NMR) تعیین شده است و یک سوال اصلی در بیوانفورماتیک ساختاری این است که آیا عملی برای پیش بینی اثر متقابل پروتئین و پروتئین احتمالی تنها بر اساس این موارد است؟ اشکال سه بعدی ، بدون انجام آزمایش های متقابل پروتئین و پروتئین . روش های گوناگونی برای مقابله با مسئله لنگر انداختن پروتئین - پروتئین ایجاد شده است ، اگرچه به نظر می رسد هنوز کارهای زیادی در این زمینه انجام شده است.

فعل و انفعالات دیگر که در این زمینه مشاهده می شود شامل پروتئین لیگاند (از جمله دارو) و پروتئین پپتید است . شبیه سازی دینامیکی مولکولی حرکت اتم ها در مورد اوراق قرضه قابل چرخش ، یک اصل اساسی در پشت الگوریتم های محاسباتی است که به اصطلاح الگوریتم های داکینگ متصل هستند ، برای مطالعه تعامل مولکولی .

دیگران ویرایش ]

تحلیل ادبیات ویرایش ]

مقالات اصلی: استخراج متن و استخراج متن زیست پزشکی

رشد تعداد ادبیات منتشر شده ، خواندن هر مقاله را تقریباً غیرممكن می سازد ، و در نتیجه زمینه های فرعی تحقیق از هم جدا می شود. تجزیه و تحلیل ادبیات با هدف به کارگیری زبانشناسی محاسباتی و آماری برای معدن این کتابخانه در حال رشد منابع متن است. مثلا:

  • تشخیص اختصار - شکل طولانی و اختصار اصطلاحات بیولوژیکی را مشخص کنید
  • نام نهاد شناخته شده - شناخت اصطلاحات بیولوژیکی مانند نام ژن
  • تعامل پروتئین با پروتئین - مشخص کنید که پروتئین با کدام پروتئین از متن تعامل دارد

حوزه تحقیقات از آمار و زبانشناسی محاسباتی ناشی می شود .

تجزیه و تحلیل تصویر با توان بالا ویرایش ]

از فناوریهای محاسباتی برای تسریع یا كاملاً اتوماسیون پردازش ، كمیت و تجزیه و تحلیل مقادیر زیادی از تصاویر زیست پزشکی با محتوای بالا با استفاده از اطلاعات استفاده می شود . سیستم های تجزیه و تحلیل تصویر مدرن با بهبود دقت ، عینیت یا سرعت ، توانایی مشاهده گر را در اندازه گیری از یک مجموعه بزرگ یا پیچیده از تصاویر افزایش می دهد . یک سیستم تجزیه و تحلیل کاملاً توسعه یافته ممکن است کاملاً جایگزین ناظر شود. اگرچه این سیستم ها منحصر به تصویربرداری پزشکی نیستند ، تصویربرداری زیست پزشکی برای تشخیص و تحقیقات اهمیت بیشتری پیدا می کند . برخی از نمونه ها عبارتند از:

  • تعیین کمیت توان بالا و وفاداری بالا و محلی سازی زیر سلولی ( غربالگری با محتوای بالا ، سیتوهیستوپاتولوژی ، انفورماتیک Bioimage )
  • مورفومتریک
  • تجزیه و تحلیل تصویر بالینی و تجسم
  • تعیین الگوهای جریان هوا در زمان واقعی در تنفس ریه های حیوانات زنده
  • کمیت اندازه انسداد در تصاویر در زمان واقعی از توسعه و بهبودی در هنگام آسیب شریانی - سایپرز ، باشگاه دانش
  • ایجاد مشاهدات رفتاری از ضبط ویدیوهای گسترده حیوانات آزمایشگاهی
  • اندازه گیری مادون قرمز برای تعیین فعالیت متابولیک
  • استنباط همپوشانی کلون در نگاشت DNA ، به عنوان مثال نمره Sulston

تجزیه و تحلیل داده های تک سلولی با توان بالا ویرایش ]

مقاله اصلی: بیوانفورماتیک فلوسیتومتری

از روشهای محاسباتی برای تحلیل داده های تک سلولی با توان بالا و اندازه گیری کم استفاده می شود ، مانند آنهایی که از فلوسیومتر جریان بدست می آیند . این روشها معمولاً شامل یافتن جمعیت سلولهایی است که به یک بیماری خاص یا وضعیت آزمایشگاهی مربوط می شوند.

انفورماتیک تنوع زیستی ویرایش ]

مقاله اصلی: انفورماتیک تنوع زیستی

انفورماتیک تنوع زیستی با جمع آوری و تجزیه و تحلیل داده های تنوع زیستی ، مانند پایگاه داده های طبقه بندی ، یا داده های میکروبیوم سروکار دارد . نمونه هایی از چنین تجزیه و تحلیل ها شامل فیلوژنتیک ، مدل سازی طاقچه ، نقشه برداری از غنای گونه ها ، بارکد کدگذاری DNA یا ابزار شناسایی گونه ها است .

هستی شناسی و ادغام داده ها ویرایش ]

هستی شناسی های بیولوژیکی نمودارهای چرخه ای از واژگان کنترل شده هستند . آنها برای ضبط مفاهیم و توصیفات بیولوژیکی به روشی طراحی شده اند که می توان به راحتی با کامپیوترها طبقه بندی و تجزیه و تحلیل شد. هنگامی که به این روش طبقه بندی می شود ، می توان از تجزیه و تحلیل جامع و یکپارچه ارزش افزوده ای بدست آورد.

OBO ریخته گری تلاش برای استاندارد هستی شناسی خاص بود. یکی از گسترده ترین آنتولوژیولوژی ژن است که عملکرد ژن را توصیف می کند. همچنین هستی شناسی هایی وجود دارد که فنوتیپ ها را توصیف می کند.

پایگاه داده ویرایش ]

مقالات اصلی: لیست بانکهای اطلاعاتی بیولوژیکی و بانک اطلاعاتی زیست شناختی

پایگاه داده برای تحقیقات و کاربردهای بیوانفورماتیک ضروری است. بسیاری از بانکهای اطلاعاتی وجود دارند که انواع مختلفی از اطلاعات را در بر می گیرند: به عنوان مثال ، توالی های DNA و پروتئین ، ساختارهای مولکولی ، فنوتیپ ها و تنوع زیستی. بانکهای اطلاعاتی ممکن است حاوی داده های تجربی (به طور مستقیم از آزمایش) ، داده های پیش بینی شده (به دست آمده از تجزیه و تحلیل) یا ، معمولاً ، هر دو باشد. آنها ممکن است برای یک ارگانیسم خاص ، مسیر یا مولکول مورد علاقه خاص باشند. از طرف دیگر ، آنها می توانند داده های گردآوری شده از چندین پایگاه داده دیگر را در بر گیرند. این پایگاه داده ها در قالب ، مکانیسم دسترسی و عمومی بودن یا نبودن آنها متفاوت است.

برخی از پایگاه داده های متداول در زیر ذکر شده است. برای لیست جامع تر ، لطفاً در ابتدای بخش زیر لینک را بررسی کنید.

  • مورد استفاده در تجزیه و تحلیل توالی بیولوژیکی: بانک ژن ، Uniprot در
  • مورد استفاده در تجزیه و تحلیل ساختار: پروتئین داده بانکی (PDB)
  • مورد استفاده در یافتن خانواده های پروتئینی و یافتن موتیف : InterPro ، Pfam
  • مورد استفاده برای توالی نسل بعدی: دنباله بایگانی را بخوانید
  • مورد استفاده در تجزیه و تحلیل شبکه: بانک اطلاعاتی مسیرهای متابولیک ( KEGG ، BioCyc ) ، بانکهای اطلاعاتی تجزیه و تحلیل تعامل ، شبکه های کاربردی
  • مورد استفاده در طراحی مدارهای ژنتیکی مصنوعی: GenoCAD

نرم افزار و ابزار ویرایش ]

ابزارهای نرم افزاری بیوانفورماتیک از ابزارهای خط فرمان ساده گرفته تا برنامه های گرافیکی پیچیده تر و سرویس های وب مستقل در دسترس از شرکت های مختلف بیوانفورماتیک یا موسسات دولتی.

نرم افزار بیوانفورماتیک منبع باز ویرایش ]

بسیاری از ابزارهای نرم افزار آزاد و منبع باز از دهه 1980 وجود داشته و رشد خود را ادامه می دهند. [40] ترکیبی از نیاز مداوم به الگوریتم های جدید برای تجزیه و تحلیل انواع در حال ظهور از خوانش های بیولوژیکی ، پتانسیل ابتکاری در آزمایش های سیلیکو ، و پایگاه های کد باز آزادانه در دسترس ، به ایجاد فرصت برای همه گروه های تحقیق کمک کرده است تا در هر دو بیوانفورماتیک کمک کنند. و طیف وسیعی از نرم افزارهای منبع باز در دسترس ، صرف نظر از ترتیبات بودجه آنها. ابزارهای منبع باز اغلب به عنوان جوجه کشی ایده ها یا افزونه های پشتیبانی شده در برنامه های کاربردی تجاری عمل می کنند. آنها همچنین ممکن است de facto را ارائه دهنداستانداردها و مدل های شیء مشترک برای کمک به چالش ادغام اطلاعات زیستی.

وسیعی از بسته های نرم افزاری منبع باز شامل عناوینی همچون Bioconductor ، BioPerl ، Biopython ، BioJava ، BioJS ، BioRuby ، Bioclipse ، مزین ، دات نت بیوگرافی ، نارنجی با بیوانفورماتیک آن افزودنی، آپاچی Taverna را ، UGENE و GenoCAD . برای حفظ این سنت و ایجاد فرصت های بیشتر ، بنیاد بیومفورماتیک غیر انتفاعی آزاد [40] از کنفرانس سالانه منبع آزاد Bioinformatics حمایت کرده است.(BOSC) از سال 2000. [41]

یک روش جایگزین برای ایجاد پایگاه داده های بیوانفورماتیک عمومی استفاده از موتور MediaWiki با پسوند WikiOpener است. این سیستم امکان دسترسی و به روزرسانی به بانک اطلاعاتی را توسط همه کارشناسان این زمینه فراهم می آورد. [42]

 

منبع

https://en.wikipedia.org/wiki/Bioinformatics