Биоинформатика: пути развития I перспектива
Download 0.56 Mb. Pdf ko'rish
|
0000000000000000000 (1)
|
разделом науки, где получаемые результаты в значительной степени зависят от развития творческого мышления ученых, а не определяются в ос новном заратами на ix техническую вооруженность. На мой взгляд, три типа имеют достаточно высокий интеллектуальный и образовательный уровень российских студентов и практическую невозможность больших финансовых затрат в современной экономической ситуации. Уже к 1984 г. Понятно, что в России (великом СССР) понятен образ «критической массы» специалистов и применения математических методов и биологии. К этому же времени скопился дос таточно большое количество биологической информации, обработка, осмысление и анализ которой стало невозможно обеспечить без компьютерной поддержки. Все это является предпосылкой возникновения новой отрасли биологической науки - биоинформатики. В 1988 г. был начат проект по расшифровке генома головы, став ший свою цель определение полной последовательности ДНК, состав ляющей хромосомы головы. Этот проект общими методами ученыx раз ныx стран был завершен к 2003 г. 4.2. Состояние биоинформатики в России Machine Translated by Google Несговорова Г.П. Биоинформатика: пути развития и перспективы 81 Web-сайты имеют у следующих институтов: Институт биомедицинской химии РАМН (Москва) - http://www.ibmh.msk.su/bioinform Институт физико-химической биологии МГУ им. Белозерского – http://www.genebee.msu.su/ Институт цитологии и генетики СО РАН (Новосибирск) – http://www.mgs.bionet.nsc.ru/ и другие. 4.3. Создание Центра коллективного пользования биоинформатики в СО РАН держке информационных технологий, таких как структурная и сравнительная геномика, основные молекулярно-биологические механизмы, молекулярно- генетические системы управления, протеомика, метаболические, базовые биологические данные, математическое обеспечение биологических экспериментов. При Институте проблем передачи информации РАН (ИППИ РАН) в 2003 г. Учебно-научный центр «Биоинформатика». Таке к научным институтам такой тематики относятся следующие учреждения: ВНИИ "Генетика" (Москва); Институт белка РАН (Пущино); Институт биоорганической химии РАН (Москва); Институт молекулярной биологии РАН (Москва); Институт биомедицинской химии РАМН (Москва); Институт цитологии и генетики СО РАН (Новосибирск) и ряд другикс. Ряд оригинальных компьютерных программ и некоторые данные, созданные российскими студентами, вынесены на другие сайты. Ведется работа по подготовке отечественных специалистов в области биоинформатики. Во многих университетах и больницах созданы кафедры биоинформатики и организованы учебные курсы по биоинформатике, такие как «Биоинформатика и вычислительная техника и карства», по биологической и медицинской тематике. В СО РАН (Новосибирский Академгородок) — центр экспериментально- технологических работ и биоинформатики. Для биологов в НГУ и СО РАН имеется обширная информационная база и биоинформатика. Совместными усилиями нескольких институтов СО РАН и Новосибирского государственного университета открыт Центр Коллективного Пользования (ЦКП) "БИОИНФОРМАТИКА" Суперкомпьютерный центр Один из самых быстрых в мире. Производительность 16,5 терафлопс Machine Translated by Google 82 Информатика и наука и образование В ЦКП насчитывается более 400 пользователей, в том числе около 20 академических учреждений. Есть и учебные институты, фирмы, например, "Юнипро", "Шлюмберже" и др. Цель данного центра - создать нетевую инфраструктуру, которая обе динит в технологический комплекс экспериментальные установки с вычислительными комплексами и хранилищами данных. Задачами этой же структуры являются биоинформационное обеспечение научно-исследовательских работ, подготовка специалистов в области компьютерной системной биологии и биоинформатики, разработка новых экспериментальных и теоретических технологий. что (16,5 трлн операций и секунд), по мощности он не уступает аналоговому гичному, установленному в центре Vital-IT в Лозанне (Швейцария), система хранения данных рассчитана на 48 терабайт. Центр «Биоинформатика», по сути, представляет собой огромный вычислительный комплекс, суперкомпьютер, с помощью которого можно моделировать медицину и рак лошади и СПИД, расшифровывать геном растений и живых организмов. Прочитать миллиарды и миллионы букв в геномаксе человека, пшеницы, вируса гепатита или энцефалита сегодня позволяет ДНК-секвенатор. В будущем ЦКП сможет помочь и специалистам смешанных областей науки. Например, ученые планируют сравнить геном древнего гоминида из Алтайской пещеры с геномом современного человека. Активное использование вычислителей мощностей ЦКП предлагается в рамках проекта СО РАН "Геномика, протеомика, биоинформатика". Организаторами проекта выступили Институт цитологии и генетики СО РАН, Институт высшей математики и математической геофизики СО РАН, Международный томографический центр СО РАН, Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, Институт математики СО РАН, Институт перспективных технологий СО РАН Новосибирский государственный университет. С. 1998. v Институт цитологии и генетики СО РАН регулярно проводит Международную конференцию по биоинформатике регуляции и структуры геномов и системной биологии (Биоинформатика геномной регуляции и структуры системной биологии – БГРС/СБ). На регулярном проходящем с нихях пор в Новосибирске Международном молодежном инновационном форуме Интерра так же уделяеться вниманию вопросов биоинформации Новое направление в науке требует и специалистов нового профиля. Поэтому в Академгородке осуществляется ix подготовка: в школе N162 совместно с Институтом цитологии и генетики СО РАН от слова профиль- Machine Translated by Google В Сибирском государственном медицинском университете (СибГМУ, Новосибирск) в учебном плане появился новый предмет – биоинформатика. Так во втором семестре студенты 5 курса начинают изучать интересные и сложные науки, одной из которых является молекулярная биология, изучающая молекулярные процессы не in vitro, а in silico, т.е. не в пробирке, а при помощи компьютера. Следует также отметить и заслуги сибирских ученых в создании новой науки. К ним относится А.А. Ляпунов, русский математик высшей школы. В 2011 г. отмечалось 100 лет со дня его рождения. Последние годы своей жизни он жил и работал в Академгородке. Надо сказать, что будучи "отцом отечественной кибернетики", заинтересовался биологическим еще в 30-е годы пршлого века. Позже, в 50-е годы, он снова обратился к биологии. Солъность биологических систем и процессов ix эволюции привлекала его как объект применения методов исследований, характер nyx для дескриптивной теории многих. Таким образом, он стоял у истоков создания новой науки на стыке математики и биологии. ной организации jivyx system; - предсказывать новые свойства живой системы; - на этой основе планировать новые этапы экспериментальных исследований. В этом разделе приведены конкретные примеры базовых банков данных, базовых пакетов, программных средств для полного анализа макромолекул и других программных продуктов для биоинформатики. ный 10-й класс по направлению "биоинформатика" с углубленным изучением биологии, информатики, математики, физики на базе Института ци тологии и генетики СО РАН и кафедры биоинформатики Новосибирского государственного университета. И метод биоинформатики играет роль в системной биологии. Они дают возможность с помощью компьютеров - накапливать и интегрировать в банки данные экспериментальную форму; - компьютерный анализ здравоохранения; - структурно-функциональное математическое моделирование БИОИНФОРМАТИКА 5. ПРИМЕРЫ КОНКРЕТНЫХ ПРОГРАММНЫХ КОМПЛЕКСОВ Несговорова Г.П. Биоинформатика: пути развития и перспективы 83 Machine Translated by Google НБД — http://ndbserver.rutgers.edu Bio Edit - редактор множественного сравнения аминоакислотных и резами в Интернете, разработанными как отечественными, так и зарубежными учеными. Банк данникс по нуклеиновой кислоте. Включает структуру ДНК и РНК вместе с ix 3-хмерными изображениями. ProDom – http://protein.toulouse.inra.fr/prodom.html Банк данных по доменам белков. нуклеотидные последовательности; PDB — http://www.rcsb.org/pdb/ ACT – (Artemis Comparison Tool) – геномный анализ; Банк данных по 3D структуре биологических макромолекул. Арлекин – популяционно-генетический анализ данникс; SWISS-PROT – http://www.expasy.ch/sprot/sprot-top.html Аннотированный банк данных по аминокислотным посредникам белков. Здесь же приводим пример основных программ сравнения аминокислот лотныx и нуклеотидныx последовательностей. ПИР – http://www.nbrf.georgetown.edu/pir/searchdb.html Аннотированный банк данных по аминокислотным остаткам белков, организатноныx в соответствии с гомологией и так сономией. GenBank – http://www.ncbi.nlm.nih.gov/GenBank Web-сервер, предоставляющий пользователю генетическую информацию, оснащен комплексом программных средств для поиска информации и банка данных и анализа нуклеотидов и аминокислот. В качестве запросов при поиске последовательностей в банках данные могут использоваться номенклатурные названия генов, организмов, ключевые слова и др. В качестве примера предлагаем программу Auto Dok, которая является программой для автоматического докина. Можно увидеть, как кандидаты в молекулярные лекарства взаимодействуют друг с другом в известной трехмерной структуре. В частности, программа применяется для разработки лекарств, специфически связывающихся с тем или иным бел Банк данных по нуклеотидным последовательностям (3400000000 пар оснований в 461000 последовательностей). ком. 84 Информатика и наука и образование Machine Translated by Google Bio Numerics — коммерческая универсальная пакетная программа для биоинформатики; - просмотр трекмерных моделей PDB и MMDB с поддержкой стерео FASTA представляет собой набор алгоритмических определений аминокислот. тельностей; Сегодня в биологии изходит глобальная смена модели науки. Ничего тидныx последовательностей; Недавний эксперимент подтвердил или опроверг те или иные гипотезы. – использование редактора множественного выравнивания результатов ClustaIW – несколько аминокислот и ядер Ряд оригинальных программ для ЭВМ, некоторые банковские данные, соз данных русскими учеными, можно также найти по разным поисковикам на секундных многочисленных сайтах по биоинформатике. - визуализация и хроматограмма; режим; - просмотр филогенетических деревьев; - применение конструктора вычислительныx схемы, автоматизирующего процесс анализа; - поддержка сохранения изображений и векторных форматов для удобства публикации. BLAST — поиск родственных последовательностей и основных последовательностей ДНК, и некислотных, и нуклеотидных последовательностей; нуклеотидные последовательности; Mesquite — программа для сравнительной биологии на языке Java; Мышца - множественное сравнение аминокислотной и нуклеотидной последовательностей. Более быстрая и точная программа по сравнению с ClustaIW; Pop Gene – анализ генетического разнообразия популяции; Популяции - популяционно- генетический анализ. Примером интегрированного инструмента биологии является также Юнипро ЮГЕНЭ. Это бесплатное программное обеспечение для работы молекулярного биолога. Пользовательский интерфейс данного продукта обеспечивает: - простое и удобное управление с последующими действиями; ЗАКЛЮЧЕНИЕ Несговорова Г.П. Биоинформатика: пути развития и перспективы 85 Machine Translated by Google Науке биоинформатике около 30 лет, и она до сих пор имеет свои традиционные направления: компьютерный анализ последовательностей ДНК, РНК и белков, реконструкция пространственных структур биополимеров, теоретический и компьютерный анализ структуры нефункциональной организации геномов и белки. Сюда йе относится и развитие баз данных по молекулярно-генетической теме, структуриро вание экспериментальных данных. Биоинформатика сама по себе - это интегративная наука, развивающая инструменты и руки, кому интересна биология, молекулярная биология, молекулярная генетика, медицина, генетика, фармакология, а также биохимия, биофизика и т.д. Подводя тоги, можно сказать, что биоинформатика широко используется и быстро развивается, это не биологический образ жизни, это не живой организм, это зоология, это не пробирочный эксперимент, это экспериментальной биологии, и она анализирует результаты массовых данных. совершенно конкретные, проверенные биологические подлинности. Современное понимание биоинформатики подводит нас к мысли, что все, что еще недавно решалось биохимической и молекулярной биологией и реальными экспериментами, и в будущем может быть решено с такой же степенью точности и виртуальными компьютерными экспериментами. Теперь же биология становится наукой, которая оперирует с данными, по лучаемым в промышленных масштабах. Использование методов биоинформатики позволяет ученым делать содержащиеся выводы, которые опираются на сопоставление разнородныx данных или на объединение так гласных наблюдений. или целих проектов, использовать компьютерную технику, мойно делать Биоинформатика, геномика и протеомика — это научные дисциплины, которые существуют уже 21 год, а молекулярная биология, иммунология и биотехнология — 20 лет. Не так давно биохимические тратили всю жизнь, чтобы определить структуру одного белка и выявить его фанк цю. С помощью методов биоинформатики мойно предсказать функции тысячи белков. Таким образом, в триаде геномика-протеомика-биоинформатика по сути заложены все новые пути к созданию княжеской пиально новой медицины дущего: новые методы диагностики, новые лекарства, так как биоинформатика - это путь от гена к к лекарству через структуру макромолекул. Информатика и наука и образование 86 Machine Translated by Google ПРИЛОГЕНИЯ стве. и другие живые организмы. Метаболизм (греч. metabole — изменение, превращение) — реакция клеток, защитных и живых клеток, обеспечивающая выживание организма и его энергию. Аминокислота (аминокарбоновая кислота) – это органическое соединение, в молекуле которого присутствуют карбоксильные и аминогруппы одновременно. К настоящему времени в личныx объектак жи вой природы обнаружено до 200 аминокислот. Аннотация - процесс маркировки генов и других объектов в последовательности ДНК. Генетика объясняет механизм изменения и наследования в живых организмах, определяет развитие современной науки. Изу чает структуру и функцию генов, инвентаризирует гены, создавая гены Докинг — молекулярный докинг — это метод молекулярного моделирования, позволяющий предсказать ориентацию и положение одной молекулы относительно другой, что наиболее выгодно для образования устойчивого комплекса. Биоинформатика, геномика, протеомика и прочие «-омы» и «-омики» — все эти слова глубоко укоренились в современной биологической науке, и это красивое и красивое название. При этом "-ом" обозначает мно жество однородныx элементов (ген-геном), а "-омик" - метод изучения (геном-геномика). Я посмотрю, что означают основные термины в моей биологии. Геномика — раздел молекулярной генетики, изучающий геном и гены живых организмов. Занимается созданием карт метаболических сетей. Гомология (греч. homologia — соответствие) — сходство основного строения и органов организмов, основанное на общем генетическом наследовании. роста и размножения. Словарь биологических терминов Геном (нем. Genome, англ. genome) — совокупность генов, локализованных в одном наборе хромосом в организме. Термин «геном» был введен Хэнсоном Винклером в 1920 году. Несговорова Г.П. Биоинформатика: пути развития и перспективы 87 Machine Translated by Google Нуклеотид -фосфорные эфиры нуклеозидов, нуклеозидфосфаты. Эти нуклеотиды тела, в частности, АТФ, АДФ, играют важную роль в энергетических и информационных внутриклеточных процессах. Онтология – это раздел философии, в котором все делится Метаболомика – это понимание возможностей, как происходит обмен веществ в клетке, как моделировать обмен веществ, как анализировать наиболее функциональные элементы биологической системы, как их изучать, риальные клетки. Фармакогенетика (греч. фармакон — медицина + генетика) — раздел генетики и фармакологии, изучающий характер реакции организма на лекарственные препараты и ее зависимость от новых факторов. Секвенирование (англ. sequence — последовательность) — это определение первичной или аминокислотной, или нуклеотидной последовательности белков и нуклеиновых кислот: ДНК и РНК. Таксономия (греч. таксис — расположение, порядок и номос — закон) — это классификация и систематизация теории, сложноорганизованныx областей действительности, имеющиx бычно иерархическое строение. Транскриптомика – анализирует активность генов, получает данные о концентрации десятков тысяч матричных РНК. Фаг (греч. phagos — пожиратель) — вирус, избирательно поражающий бактерии ускорить процесс создания лекарственных препаратов. базовое, принципиальное существование, структура и законы эго. Пептиды (греч. peptos — вываренный, переваренный) — органические вещества, состоящие из остатков одной или разных аминокислот, соединенных пептидными связями. Другими словами, пептиды, возможно, универсальны. Протеомика изучает и получает данные о сотнях тысяч пептидов и белков белковx взаимодействий, иначе – занимается инвентаризацией белков, т.е. настоящая работающая молекулярная машина и клетка. Это новая наука, выросшая из геномики. Филогенетика, или филогенетическая систематика, — это область биологической систематики, которая занимается выявлением и прояснением эволюционных отношений между различными видами Земли, как современными, так и древними. 88 Информатика и наука и образование Machine Translated by Google 1. http://www.bioinformatics.ru 2. http://www.rusbiotech.ru 3. http://elementy.ru/lib/430895 4. http://www.sibai.ru 5. http: //lake.baikal.ru 6. http://www.jcbi.ru 7. http://www.rtcb.iitp.ru/index_r.html 8. http://medi.ru/pbmc/8800101.htm 9. http://www.mgs.bionet.nsc.ru/mgs/ 10. http://www.BioinforMatix.ru ССЫЛКИ ПО ТЕМЕ 89 Несговорова Г.П. Биоинформатика: пути развития и перспективы Machine Translated by Google Download 0.56 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: 
|