- 2015/09/30 - 08:23
- 552 بازدید
- بیوانفورماتیک
- پدیدار شدن دورنمای سیستم نرم افزاری بيو انفورماتيک
- بيوانفورماتيك ابزارى براى تحليل حيات در سطح مولكولى
- زمينه هاى مهم بيوانفورماتيك
- رايانه ها و ژنها
<<این متن در سال 2006 تدوین شده است و امروز با بازخوانی آن به این موضوع پی میبریم که آیا آن آینده ای که در سال 2006 متصور میشدیم به وقوع پیوسته است یا نه!!!>>
برای مطالعه مطالب جدیدتر به صفحه اول سایت مراجعه کنید و یا اینجا را کلیک کنید و این صفحه را ببینید.
بیوانفورماتیک
بیوانفورماتیک علم نوینی است که در آن با استفاده از کامپیوتر، نرم افزارهای کامپیوتری و بانکهای اطلاعاتی سعی میگردد تا به مسائل بیولوژیکی بخصوص در زمینههای سلولی و ملکولی پاسخ داده شود در این علم با بکارگیری کامپیوتر سعی میگردد تا تحقیقات وسیعتری در خصوص پروتئینها و ژنها بعمل آید. بدین ترتیب دو فعالیت برجستهای که بیوانفورماتیک دانان به آن مشغول هستند پروتئومیک و ژنومیک میباشد. ژنومیک شامل تجزیه و تحلیل دادها و اطلاعات ژنتیکی بخصوص ژنوم موجودات است. در حقیقت ژنوم را باید توالی کل DNA موجود در سلولهای یک جاندار دانست که بعنوان ماده ژنتیکی عمل مینماید و سبب بروز صفات وراثتی (فنوتیپ) میشود، با انتقال ماده وراثتی از یک نسل به نسل دیگر، صفات ارثی از یک نسل به نسل بعد منتقل میشود. در موجوداتی که تولید مثل جنسی دارند، ژنها از طریق سلول جنسی نر (اسپرم) و سلول جنسی ماده (اووم) به نوزاد منتقل میشود. بطور خلاصه باید گفت که ژنومیک شامل توالی یابی و آنالیز ژنها و رونوشتهای آنها در یک موجود زندهاست. پروتئومیک به آنالیز پروتئینهای یک موجود زنده گفته میشود. علاوه بر ژنومیک و پروتئومیک، شاخههای دیگری از علوم زیستی وجود دارند که در بیو انفورماتیک از آنها استفاده میشود که عبارتند از : متابولومیک و ترانسکریپتومیک. در هرکدام از این بخشها سعی میشود تا به سوالات و پیچیدگیهای علم حیات (زیست شناسی) پاسخ داده شود. در حوزه متابولومیک سعی میشود تا دادهایی که در خصوص متابولیتهای سلولی هستند مورد مطالعه و تجزیه وتحلیل قرار گیرد و در علم ترانسکریپتومیک دادهایی که در خصوص رونویسی از روی DNA است مورد بحث و بررسی قرار میگیرد. علم بیوانفورماتیک میتواند ابزاری در جهت توسعه تکنولوژی مهندسی ژنتیک و مهندسی پروتئین باشد.برخی از محققین امروزی، فصل جدیدی در حوزه علم بیوانفورماتیک معرفی میکنند که نام آنرا زیست سیستم System- Biology نهادهاند. زیست سیستم دست یافته جدیدی است که برای پاسخگوئی به مباحث پیچیده زیستی توسط محققان بکار میرود. زیست سیستم شامل برهمکنش میان ژنومیک و پروتئومیک و نیز دادههای بیو انفورماتیک است که برای درک کامل از فعالیتهای سیستمهای زیستی بکار میرود. امروزه شناخت توالی DNA به تنهائی پاسخگوی نیاز علمی دانشمندان زیست شناس نمیباشد بلکه مکانیسم عمل ملکولها و اجزاء سلولی به شدت مورد توجه قرار گرفته. تحقیقاتی که امروزه در زمینه سلولهای بنیادین، تمایز سلولی، بیان ژنها و نحوه عملکرد آنها و نیز نحوه عملکرد و همکاری کلیه اجزاء سلول مثل میتوکندی و یا پلاستها صورت پذیرفته به عنوان دادهای خام برای علم بیوانفورماتیک بکار میرود. امروزه علم زیستشناسی بسرعت رو به رشد است و در دل آن علوم جدیدی پدید میآید برای کسب اطلاعات بیشتر در این خصوص میتوانید لغات کلیدی زیر را جستجو نمائید: زیست سلولی زیست ملکولی ژنتیک ملکولی تمایز سلولی و دگردیسی جنین شناسی بیوتکنولوژی مهندسی ژنتیک مهندسی پروتئین نانوبیو تکنولوژی میکروبیولوژی وراثت و وراثت …مادري-
معرفي علم بيوانفورماتيک
با پيشرفت علم ژنتيک، ژن به عنوان فاکتور اصلي در برنامهريزي عملکرد سلول و به دنبال آن کنترل ويژگيهاي موجود زنده شناخته شد. به اين ترتيب تمايل براي شناخت هرچه بيشتر ژنها به منظور توجيه پديدههاي زيستي و بهبود زندگي انسان به عنوان پيچيدهترين موجود، به طرز چشمگيري افزايش يافت؛ تا حدي که در چند دههي اخير، تجهيرات مورد نياز در تحقيقات مولکولي به طور گستردهاي افزايش يافته است و امروزه تحقيقات مولکولي جزو مطالعات رايج آزمايشگاههاي زيستي است. تا آنجا که پروژههاي تعيين توالي ژنوم موجودات مختلف از پروژههاي بسيار رايج به حساب ميآيند.
امروزه توالي ژنوم بسياري از موجودات ساده چون باکتريها تا موجودات بسيار پيشرفته مانند يوکاريوتهاي پيچيده شناسايي شده است. پروژهي شناسايي ژنوم انسان که از سال 1990 آغاز شد در بهار 2003 پايان يافت و به اين ترتيب اطلاعات کامل مربوط به توالي کروموزومهاي انساني به دست آمد.
اين حجم وسيع اطلاعات به دست آمده براي دانشمندان بسيار مفيد است. اين اطلاعات ميتواند براي کشف و شناسايي پديدههاي ناشناخته، رفع اثرات نابههنجار ژنتيکي و پيشگويي برخي پديدهها استفاده شود.
با اين وجود استفاده از اين حجم وسيع اطلاعات پردازش نشده نميتوانست چندان مفيد باشد. در اين زمان با پيشرفت چشمگير تکنولوژي اطلاعات و کاربرد آن در زمينههاي مختلف، به نظر رسيد که ادغام اين دو علم ميتواند راهگشا باشد. به اين ترتيب، حدود اوايل سال 1975 بود که رشتهي بيوانفورماتيک با هدف استفاده از تکنيکهاي مديريت سيستمهاي «داده» در مطالعات بيولوژيک شکل گرفت. با پيشرفت بيوانفورماتيک دخالت ساير رشتهها در پيشبردِ کار امري اجتناب ناپذير بود. حجم بالاي اطلاعات و پردازش آنها وجود کامپيوترهاي پيشرفتهتر را ميطلبيد. تحليل دادهها و نتيجه گيري منطقي از آنها حضور علم آمار را در اين رشته رقم زد. به اين ترتيب علم بيوانفورماتيک به عنوان يک تخصص ميانرشتهاي با ادغام زيست شناسي، رياضيات (بويژه آمار)، علوم کامپيوتر و تکنولوژي اطلاعات ايجاد شد
– پيشرفت علم بيوانفورماتيک
علم بيوانفورماتيک به سرعت در حال رشد است و کاربردهاي فراواني پيدا كرده است تحقيقات انجام شده در اين زمينه به حدي زياد بوده است که اين رشتهي در سال 2000 حدود دو درصد از کل مقالات موجود در Pubmed را به خود اختصاص داد.
– تعامل بيوانفورماتيك با ساير رشتهها
پيشرفت بيوانفوماتيک باعث ايجاد ارتباط متقابل ميان اين رشته و ساير رشتهها شد؛ به طوري که امروزه اين رشته با بايگاني ، جستوجو و نمايش دادههاي بيولوژيک، براي آناليز و تفسير دادههاي زيستي به کار گرفته ميشود.
توسعهي علم بيوانفورماتيک و نياز روزافزون آن به علوم آمار، کامپيوتر، برنامه نويسي و… موجب توسعهي الگوريتمها و برنامههاي رياضي و کامپيوتري در زمينهي بايگاني و جستوجو و آناليز دادهها و آناليزهاي آماري شده است. اين امر خود زمينههاي تحقيقاتي جديدي در هر يک از رشتههاي مرتبط ايجاد نموده است.
اطلاعات به دست آمده از تحليل دادههاي زيستي توسط علم بيوانفورماتيک، در موارد زير به زيست شناسي كمك ميكند:
– يافتن ژنها در ميان تواليهاي ژنوميک
– به خط کردن تواليها در بانکهاي اطلاعاتي براي يافتن شباهتها و تفاوتها
– پيشگويي ساختار و عملکرد محصولات ژنها
– توضيح تعامل ژن با محصولاتش
– يافتن ارتباط فيلوژنتيک ميان ژنها و تواليهاي پروتئيني
همچنين نتايج حاصل از مطالعات بيوانفورماتيک در بسياري از زمينههاي ديگر از قبيل مطالعات ژنوميکس، پروتئوميکس، فارماکوژنوميکس(به کارگيري تکنيکهاي پروتئوميکس در يافتن هدف داروها)، بيوفيزيک، بيوشيمي و… مورد نياز است. يکي از مهمترين کاربردهاي بيوانفورماتيک در علوم پزشکي است که در اين زمينه به موارد زير ميتوان اشاره کرد:
– طراحي منطقي داروها
– شناسايي علل ژنتيک بيماريها
– تشخيض بيماريها بر اساس اطلاعات ژنتيک
ضرورت بهکارگيري بيوانفورماتيک در مطالعات پزشکي تا حدي است که دانشمندان معتقدند بدون استفاده از بيوانفورماتيک تحقيقات دارويي و زيست شناسي مدرن، متوقف خواهد شد.
– آشنايي با دورههاي دانشگاهي بيوانفورماتيک
بر اساس آخرين اطلاعات درج شده در سپتامبر 2006، 241 مرکز دانشگاهي در دنيا رشتهي بيوانفورماتيک را در گرايشهاي مختلف ارائه ميکنند. با توجه به بينشتهاي بودن بيوانفورماتيک، گروههاي آموزشي مختلف از قبيل علوم کامپيوتر، بيوشيمي، زيست شناسي مولکولي، ميکروبيولوژي، و مهندسي پزشکي ميتوانند چنين رشتهاي را راهاندازي کنند.
بيوانفورماتيک با نامهاي ديگري نيز شناخته ميشود از قبيل: زيست شناسي محاسباتي، محاسبات زيستي، انفورماتيك مولكولي، زيست شناسي مولكولي محاسباتي، و فيلوژنتيك مولكولي
اين رشته با عناوين مشابه در سطوح مختلف کارشناسي، کارشناسي ارشد و دکترا در مراکز علمي مختلف دنيا ارائه شده است. در اينجا به منظور آشنايي بيشتر خوانندگان خلاصهاي از سرفصلهاي کلي تعيين شده براي اين رشته در مقاطع تحصيلي مختلف ارائه شده است. سرفصلهاي ارائه شده عمومي است و طبق نظر دانشکدههاي ارائه دهنده، تأکيد روي بعضي از اين زمينهها بيشتر است.
رايانه ها و ژنها
هيچگاه بشر در طول تاريخ تا اين حد در برابر فرصتها، چالشها و مخاطرات تكنولوژيكي و اقتصادي در شرف وقوع، مستأصل و درمانده نبوده است. مسير زندگي ما احتمالاً در چند دهه آينده شاهد دگرگونيها و تغييراتي اساسي خواهد بود، تغييراتي كه وسعت و گسترهي آن بيش از همه تغييراتي است كه در هزار سال گذشته به وقوع پيوسته است. تا سال 2025، ما و فرزندانمان ممكن است در دنيايي زندگي كنيم كه كاملاً با هر آنچه كه بشر در گذشته تجربه كرده متفاوت باشد .
در مدتي كوتاه، شايد تنها با گذشت يك نسل، تعريف ما از حيات و تلقي ما از مفهوم زندگي به نحوي اساسي تغيير پيدا خواهد كرد. تصورات و عقايدي كه براي مدتهاي طولانيدربارهي طبيعت ابراز شده، از جملهي «طبيعت و سرشت» انسانيمان مورد تجديدنظر قرار گرفته ميشود. بسياري از آداب و رسوم كهن در مورد رفتارهاي جنسي، توليد مثل، تولد و نقش والدين تا ميزان قابل توجهي به فراموشي سپرده خواهد شد. نه تنها ايدههايي چون دموكراسي و برابري احتمالاً شكل و تعبيري تازه به خود خواهد گرفت، بلكه نگاه ما به تعابيري همچون اختيار و پيشرفت نيز به همين وضع گرفتار ميشود. مفهوم و تلقي واقعي ما از خويشتن و جامعه تغيير پيدا ميكند و وضعيتي همچون حال و هواي دورهاي كه رنسانس، اروپاي قرون وسطي را بيش از هفتصد سال پيشدر نورديد بر حاكم خواهد شد .
نيروهاي همسوي بسياري با يكديگر متحد ميشوند تا اين روند اجتماعي نوين و نيرومند را خلق كنند. در كانون اين حركت، تحول تكنولوژيكياي وجود دارد كه در تمام طول تاريخ از لحاظ قدرت نوسازي ما، نهادهاي بشري و دنياييمان بيمانند بوده است. دانشمندان هم اينك در پي آنند تا حيات را در سطح ژنتيكي بازسازي نمايند. ابزار جديد بيولوژي، فرصتهايي را براي شكل بخشيدن به حيات روي زمين به نحوي ديگر فراهم ميسازد و اين در حالي است كه بشر در طول هزارهي گذشته تنها انتخابهايي محدود و بازدارنده پيش روي خود داشته است. در برابر ديدگان ما، منظرهاي جديد و ناشناخته وجود دارد كه چشمانداز آن در هزاران آزمايشگاه دانشگاهي، آژانسهاي دولتي و شركتهاي مختلف در سراسر جهان طراحي شده است. اگر ادعاهايي كه تاكنون در مورد اين دانش نوين به عمل آمده، تنها تا حدي هم تحقق يابد، عواقب پيش روي جامعه و نسلهاي آينده احتمالاً بسيار عظيم و گسترده خواهد بود .
در آينده شاهد آن خواهيم بود كه معدودي از شركتهاي بينالمللي، مؤسسههاي تحقيقاتي و دولتها، حق انحصاري تقريباً صد هزار ژني را كه تشكيلدهندهي طرح ژنتيك انسان ميباشند و نيز حق انحصاري سلولها، اندامها و بافتهاي تشكيلدهندهي بدن انسان رادر اختيار خواهند گرفت. همچنين اين مؤسسات احتمالاً عهدهدار حقوق انحصاري مشابهي براي دهها هزار موجود ذرهبيني، گياهان و حيواناتي ميشوند كهدر صورت حصول چنين شرايطي، اين شركتها به قدرتي بيسابقه دست خواهند يافت، به نحوي كه ميتوانند شرايط دلخواه خود را بر زندگي ما و نسلهاي بعدي تحميل كنند .
نظام كشاورزي حاكم، خود را در جريان انتقال عظيم در تاريخ جهان خواهد يافت كه در اين گذر، حجم زيادي از گياهان خوراكي و ليفي به شكل كشت بافتي در آزمايشگاه ما رشد خواهند كرد كه هزينهي كشت آنها تنها معادل كسري از كشت اين گونههاي مهم در زمينهاي زراعي خواهد بود. تغيير نحوهي كشت طبيعي به كشت در محيطهاي آزمايشگاهي و مصنوعي، خبر از وقوع نابودي عصر كشاورزي ميدهد كه از حدود ده هزار سال پيش و يا به عبارتي از زمان تحول نوسنگي تا «انقلاب سبز» يعني تا نيمهي قرن بيستم ادامه داشته است. هنگامي كه نظام نوين كشاورزي به معناي هزينههاي كمتر و محصول غذايي بيشتر ميباشد، ميليونها كشاورز چهدر جوامع پيشرفته و چه در جوامع در حال رشد، زمينها و مزارع خود را ترك كرده كه نتيجهي آن هرج و مرج اجتماعي بزرگي در تاريخ جهان خواهد بود .
دهها هزار باكتري و ويروس جديد و گياهان و حيوانات با ژنهاي پيوندي با اهداف اقتصادي از «زيستدرماني» گرفته تا توليد سوختهاي جايگزين، در اكوسيستم زمين رها خواهند شد كه رها شدن برخي از اين گونهها، ميتواند به بروز هرج و مرج و خساراتي در زيست كرهي اين سيارهي خاكي بينجامد كه پيامد آن اشاعهي آلودگي ژنتيكي مختلكننده و حتي ويرانگري در سراسر جهان خواهد بود .
استفادههاي نظامي از فناوريهاي نوين ميتواند به همين ميزان تأثيري مخرب بر كره زمين و ساكنان آن داشته باشد. استفاده از اين گونه سلاحهاي بيولوژيكي ميتواند به تهديدي جدي براي امنيت جهاندر قرن آينده مبدل شود، تهديدي همچون تهديد تسليحات هستهاي كه در حال حاضر تهديدي جدي براي جهان كنوني است .
در اين قرن جديد، توليد آزمايشگاهي و كلوني انسان و حيوان رواج پيدا خواهد كرد و براي نخستين بار، همانندسازي در طول تاريخ، جايگزيني براي زاد و ولد طبيعي خواهد شد. حيوانات كلوني كه طبق سفارش ساخته و به صورت انبوه توليد ميشوند، ميتوانند در قالب كارخانههايي شيميايي مورد استفاده قرار گيرند، بدين نحو كه ميتوان در خون و شير آنها مقادير زيادي از مواد شيميايي و داروهاي با مصارف انساني را با بهايي اندك و به شكل پنهاني توليد نمود. به علاوه، در چنين عصري شاهد توليد انواع حيوانات جديد شيمري در روي زمين خواهيم بود كه از آن جمله ميتوان به گونههاي پيوندي انسان و حيوان اشاره كرد. به عنوان مثال گونه جانداري كه نيمي از آن انسان و نيم ديگر آن شامپانزه باشد،در چنين عصري به يك واقعيت مبدل خواهد شد. اين گونههاي پيوندي انسان و حيوان نه تنها به ميزان وسيعي به عنوان نمونههاي آزمايشگاهي در تحقيقات پزشكي مورد استفاده قرار خواهند گرفت، بلكه به «اهداكنندگان عضو» در پيوندهاي اعضا مبدل ميشوند. توليد مصنوعي و تكثير جانداران آزمايشگاهي، شيمرها و حيوانات پيوندي به معناي پايان حيات وحش و جايگزين شدن جهان « صنعتي ـ زيستي» خواهد بود .
برخي والدين ممكن است بخواهند آبستني فرزندانشان در لولههاي آزمايشگاهي صورت پذيرد و دورهي جنينيشان نيز در رحمهاي مصنوعي و خارج از بدن مادر گذرانده شود تا از يك سو از مشكلات و ناخوشاينديهاي دورهي حاملگي رهايي يابند و از سوي ديگر محيطي امن و آشكار فراهم آورند تا بتوانند رشد كودك متولد نشدهي خود را كنترل نمايند.در چنين شرايطي است كه ميتوان تغييرات ژنتيكي را بر روي جنين اعمال نموده و بيماريها و اختلافات مهلك را رفع و ويژگيهاي روحي، اخلاقي، هوشي و فيزيكي جنين را تقويت نمود. والدين قادر خواهند بود تا ويژگيهاي فرزندانشان را خود انتخاب نموده و بدين وسيله به شكلي اساسي، تلقي واقعي از نقش پدر و مادري را تغيير دهند. اين كودكان طبق سفارش ساخته شده، ميتوانند زمينهساز ظهور تمدن بهنژادي در اين قرن شوند .
ميليونها نفر از مردم ميتوانند «بازخواني» ژنتيكي جامعي از خود در اختيار داشته باشند كه اين امر اين امكان را براي آنها فراهم ميآورد تا آينده بيولوژيكي خود را مورد بررسي قرار دهند. اين اطلاعات ژنتيكي، به مردم اين توان را ميبخشد تا وضعيت آينده زندگي خود را با استفاده از شيوههايي كه تا پيش از اين ممكن نبوده است، پيشبيني و طراحي نمايند .
در صورت تحقق اين مسأله، مدارس و مراكز آموزشي، كارفرمايان، شركتهاي بيمه و دولتها از اين اطلاعات ژنتيكي استفاده ميكنند تا بتواننددر تعيين روند آتي تحصيل، چشماندازهاي كاري، تعيين حق بيمه و نيز در تعيين مجوزهاي امنيتي براي افراد استفادهي مطلوب نمايند كه اين امر به تبعيض جدي و خطرناكي ميانجامد كه در واقع بر پايه تصوير و نماي ژنتيكي افراد بنا نهاده شده است .
مفاهيمي چون «جامعهپذيري» و «برابري» دگرگون خواهند شد. شايستهسالاري فراگیر خواهد شد، گروههاي قومي و نژادي نيز به طور فزايندهاي بر اساس «نوع معرف» يا «گونه ژنتيكي» خود طبقهبندي ميشوند كه اين امر، زمينه ظهور نظام طبقاتي بيولوژيكي غيررسمياي رادر كشورهاي سراسر جهان هموار ميسازد. قرن بيوتكنولوژي اكثر اين تغييرات و حتي مواردي بيش از اين پيشبينيها را به زندگي روزمرهي ما وارد خواهد نمود و عميقاً خودآگاهي فردي و جمعي آينده تمدن ما نيز و زيست كره را تحت تأثير قرار خواهد داد. از سويي، نگريستن به مزايا و مخاطرات اين مرز غايي تكنولوژي جالب و از سوي ديگر تعمقدر بارهي آن مخوف و ترسناك است. هنوز هم به رغم ظرفيتهاي مخوف و طبيعت شوم اين تحول خارقالعادهي تكنولوژيكي، توجه مردم بيشتر به تحول عظيم ديگر قرن بيست و يكم يعني انقلابدر عرصهي كامپيوتر و مخابرات معطوف شده است كه البته اين تحول نيز در شرف تغييراتي است. پس از گذشت بيش از چهل سال حركت در مسيرهاي موازي و دوشادوش يكديگر، هماينك اطلاعات و علوم حياتي در حال پيوند خوردن با يكديگر ميباشند تا نيروي اقتصادي و تكنولوژيكي واحدي را شكل دهند. امروزه از كامپيوتر در مقياس وسيع در جهت رمزگشايي، اداره و نظم بخشيدن به اطلاعات عظيم ژنتيكياي كه به منزلهي منابع خام اقتصاد در حال تكوين بيوتكنولوژي است استفاده ميشود .
دانشمنداني كه در عرصهي جديد بيوانفورماتيك به فعاليت مشغولند، انتقال اطلاعات ژنتيكي حاصل از ميليونها سال تكامل را پيشه خود ساخته تا بدين وسيله نوع جديد و نيرومندي از «بانك اطلاعات بيوتكنولوژي» را به وجود آورند. محققان از اين اطلاعات غني جمعآوري شده به منظور نوساختن جهان طبيعي بهرهبرداري ميكنند .
پيوند رايانه و ژنها براي هميشه واقعيتهاي بشريت را در ژرفترين سطح تجربهي بشري تغيير ميدهد. به منظور درك چنين جنايتي كه در عرصه تمدن بشري در حال وقوع است، مهمترين مسأله آن است تا گامي به عقب برداشته و فهمي بهتر از طبيعت واقعياي كه خود محصول تغييرات متعددي بوده و هم اينك نيزدر حول و حوش ما در حال تغيير است، به دست آوريم و بدين نحو است كه ميتوانيم اين دورهي پرمخاطره را پشت سر گذاشته و با دركي مناسب وارد قرن جديد شويم. ما هم اينك در گير و دار يكي از عظيمترين تحولات در تاريخ جهان هستيم. در پيش روي ما گذر از يك دوران عظيم اقتصادي و ظهور و بروز آلام و گرفتاريهايي ديگر قرار دارد .