Rysunek_bioinf

Trochę historii i definicji

 

Według Oxford English Dictionary Bioinformatyka to nauka o informacji i przepływie informacji w układach biologicznych ze szczególnym uwzględnieniem metod obliczeniowych w genetyce i genomice [1]. Po raz pierwszy termin „bioinformatyka” został użyty ponad 30 lat temu przez holenderską biolog Poulien Hogewek w jej badaniach nad systemami żywych organizmów rozumianymi jako systemy dynamicznego przetwarzania i przekazywania informacji na wielu powiązanych ze sobą poziomach [2-4]. W raz z udostępnieniem przez EMBL (Europejskie Laboratorium Biologii Molekularnej) pierwszych sekwencji DNA Poulien Hogewek zaproponowała jeden z pierwszych algorytmów do tworzenia zestawień wielosekwencyjnych [5].   Wprowadzenie podejścia obliczeniowego (informatycznego) do Biologii okazało się w pewnym sensie przełomowe w wielu jej obszarach. Na początku lat 80-tych szybki rozwój technik eksperymentalnych doprowadził niemalże do eksplozji informacji. Mówiono wówczas o ”zalewie informacji biologicznej” i „informacyjnym tsunami”. Na potrzeby wyspecjalizowanych grup badawczych powstały dziesiątki baz danych dotyczących sekwencjonowania DNA, projektowania leków, struktur przestrzennych białek i kwasów nukleinowych, funkcji i oddziaływań, opisów osiągnięć i obserwacji biomedycznych. Paradoksalnie rozwój wiedzy nie był proporcjonalny do gwałtownego przyrostu niepowiązanych ze sobą informacji, bo bez odpowiednich narzędzi niemożliwe było odszukanie i skojarzenie ze sobą tych właściwych. Pojawiło się zapotrzebowanie na nowe technologie przetwarzania informacji, wykorzystujące narzędzia informatyczne, matematyczne i statystyczne do rozwiązywania problemów biologicznych, czyli Bioinformatykę.

Według. roboczej definicji przyjętej przez NIH Bioinformatics Definition Committee, Bioinformatyka to: badanie, rozwój i zastosowanie narzędzi obliczeniowych lub metod zwiększających wykorzystanie danych biologicznych medycznych behawioralnych i zdrowotnych, wliczając w nie: zbieranie, magazynowanie, porządkowanie, archiwizację, analizę i wizualizację tych danych [6].

Do głównych zagadnień, którymi zajmuje się współczesna Bioinformatyka można zatem zaliczyć:

  • katalogowanie i przetwarzanie informacji biologicznych zawartych w bazach danych
  • analiza sekwencji DNA (składanie sekwencji, adnotacja, wyszukiwanie sekwencji kodujących, regulatorowych i repetytywnych, motywów, markerów, itd.)
  • analiza sekwencji genomów ( porównywanie genomów, wyszukiwanie genów odpowiedzialnych za choroby genetyczne)
  • analiza relacji ewolucyjnych pomiędzy zbiorami sekwencji ( filogenetyka)
  • analiza ekspresji genów (mikromacierze – operacje na obrazach)
  • katalogowanie funkcji genów/białek, ustalanie dróg metabolicznych
  • analiza sekwencji białka (porównywanie sekwencji, wyszukiwanie domen i motywów, przewidywanie funkcji i lokalizacji w komórce)
  • wyszukiwanie informacji w zbiorach publikacji
  • przewidywanie struktury, funkcji i oddziaływań między cząsteczkami
  • przewidywanie własności fizyko-chemicznych na podstawie sekwencji,
  • przewidywanie porównawcze struktury drugo- i trzecio-rzędowej białka,
  • interpretacja danych eksperymentalnych (CD, krystalografia, DLS, NMR, Cro-EM, itd.)
    badanie oddziaływań białko-białko, białko-DNA, biało-ligand, itd. (dokowanie wirtualne, projektowanie leków)

Zainteresowanie Bioinformatyką trwa nieprzerwanie od 30 lat. Bez algorytmów genetycznych, sieci neuronowych, modeli Markova i innych zaawansowanych technik informatycznych szukanie związków między poznanymi sekwencjami, odczytywanie szekwencjonowanych genomów czy interpretacja zjawisk, było by albo bardzo kosztowne, albo długotrwałe albo w ogóle niemożliwe.

Polskie akcenty

Bioinformatyka obejmuje tak szeroki zakres zagadnień, że nie sposób wymienić wszystkich placówek naukowych, które prowadzą obecnie badania, rozwijają narzędzia i kształcą w tej dziedzinie. Listę ośrodków o udokumentowanym dorobku bioinformatycznym otwierają:

  • Laboratorium Bioinformatyki i Inżynierii Białka, Międzynarodowy Instytut Biologii Molekularnej i komórkowej (http://genesilico.pl/  )
  • Pracownie Teorii Biopolimerów, Wydział Chemii UW (http://biocomp.chem.uw.edu.pl/  )
  • BioinfoBank Instytute (http://bioinfo.pl  )
  • Laboratorium Bioinformatyki i Bioinżynierii, ICM&CM (http://bio.icm.edu.pl/  ).

Polskie Towarzystwo Bioinformatyczne

Polskie Towarzystwo Bioinformatyczne zarejestrowane zostało w lutym 2008 i jest stowarzyszeniem naukowym działającym na rzecz wspierania rozwoju bioinformatyki w Polsce.

Studiowanie Bioinformatyki

Pierwszą uczelnią, która stworzyła możliwość studiowania na specjalności Bioinformatyka był Uniwersytet im Adama Mickiewicza w Poznaniu (Wydział Biologii). Obecnie Bioinformatykę studiować można na Wydziale Fizyki Astronomii i Informatyki Stosowanej Uniwersytetu Jagiellońskiego, na Politechnice Wrocławskiej, w Instytucie Informatyki Uniwersytetu Śląskiego, na Wydziale Automatyki, Elektroniki i Informatyki Politechniki Śląskiej, na Wydziale Przyrodniczo-Technicznym Uniwersytetu Opolskiego,  na makrokierunku Bioinformatyka i Biologia Systemów na Uniwersytecie Warszawskim oraz  na Wydziale Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu

[1] Oxford English Dictionary, OnLine Edition: Entry 2002. Oxford University Press.

[2] Hogeweg, P. (1978). Simulating the growth of cellular forms. Simulation, 31: 90–96. (http://bioinformatics.bio.uu.nl/pdf/Hogeweg78.pdf )

[3] Hogeweg, P. & Hesper, B. (1978). Interactive Instruction on Population Interactions, Comput.

Biol. Med., 8: 319–327. (http://bioinformatics.bio.uu.nl/pdf/Hogeweg78a.pdf )

[4] Obchody 30-lecia „Bioinformatyki” na Uniwersytecie w Utrechcie.

http://bioinformatics.bio.uu.nl/ph/thirty_years_bioinformatics.pdf  )

[5] Hogeweg, P. and B. Hesper B. (1984) The alignment of sets of sequences and the construction of phyletic trees: an integrated method. J. Mol. Evol. 20: 175-186 (http://bioinformatics.bio.uu.nl/pdf/Hogeweg84.pdf )

[6] Robocza definicja przyjęta przez NIH Bioinformatics Definition Committee:

 (http://www.bisti.nih.gov/CompuBioDef.pdf )