Bioinformatika va biomexanika

Hayot texnikasi: Hozirgi vaqtda mavjud bo'lgan barcha organizmlar genetik ma'lumotlarini ikki qatorli DNKda saqlaydi. Ma'lumot DNK molekulasining uzunligi bo'ylab nukleotidlar ketma-ketligida saqlanadi.Barcha organizmlar bu ma'lumotni kodlash uchun asosan bir xil sxemadan foydalanadi, bu genetik kod deb nomlanadi.
DNKning replikatsiyasi hujayra va organizmlarning ko'payishining asosini tashkil qiladi.DNKda saqlangan ma'lumotlardan foydalanish uchun u avval RNKga transkripsiya qilinadi. RNKning ko'p turlari bir xil bo'lib, messenjer yoki mRNK deb nomlanadi, tarjima jarayoni orqali oqsillarni hosil qilish uchun ishlatiladi.Proteinlar ko'p funktsiyalarni bajaradi. Ular DNK replikatsiyasini, uning RNKga transkripsiyasini tartibga soladi, hujayra ichida sodir bo'ladigan ko'pgina fermentativ reaktsiyalarni katalizlaydi va hujayra shakli va harakati uchun javobgardir.
Bu umumiy yadro molekulyar mashinalari, DNK va rarr RNK va rarr oqsillari, ma'lum bo'lgan barcha organizmlarda ozgina o'zgartirishlar bilan mavjud.
Bu o'z-o'zidan barcha organizmlar taxminan 3 000 000 000 yil oldin yashagan umumiy ajdodga ega ekanligining kuchli ko'rsatkichidir.
Nega bakteriyalarni o'rganish kerak?
Bakteriyalarni o'zlari uchun o'rganish uchun juda ko'p majburiy amaliy va texnik sabablar bor. Birinchidan, va, ehtimol, eng muhimi, ko'plab odamlar, hayvonlar va o'simliklar kasalliklari bakteriyalar tufayli yuzaga keladi.
Ular haqida bilib, biz ularni nazorat qila olamiz deb umid qilamiz.Gigienik amaliyotlardagi yutuqlar, bakteriyalar o'sishini o'ldiradigan yoki bostiruvchi antibiotiklarni kashf qilish va ishlab chiqish patogen bakteriyalar va ularning xostlari va ekologik qo'shnilari bilan o'zaro ta'sirini o'rganishga asoslangan.
Ushbu antibiotiklar muhim rol o'ynaydi ekologik va evolyutsion o'zaro ta'sir turlari .Antibiotiklar dunyoni o'zgartirdi. Bu bolalar o'limining pasayishining asosiy sababidir
Asr boshida har 1000 tug'ilgandan 300 tasi tug'ilsa, bugungi kunda har 1000 taga 7 tadan kam (sanoatlashgan dunyoda).
Shunga qaramay, kelajak qiyinchiliklarni taklif qiladi. Antibiotiklarning keng qo'llanilishi yangi evolyutsion tanlov bosimini keltirib chiqardi. Bunga javoban, antibiotiklarga qarshilik mikroblar orasida keng tarqalgan bo'lib, antibiotiklarning yangi turlarini izlashga turtki bo'ldi.
Bakteriyalar tibbiy ahamiyatidan tashqari, ko'plab sanoat jarayonlarida, masalan, ishlab chiqarishda ishlatiladi yogurt, pishloq, qatiq, tuzlangan karam, tuzlangan bodring, fermentlar va vitaminlar.
Bakteriyalar inson oqsillarini, murakkab dorilarni va hatto sintez qilish uchun ishlab chiqilishi mumkin plastmassalar va ularni o'zgartirish mumkin zaharli moddalarni zararsizlantirish To'g'ri sharoitda ba'zi bakteriyalar har 20 daqiqada bir marta bo'linishi mumkin. Agar boshqa omillar bo'lmasa, bitta bakteriya bir kunda 80 marta bo'linishi mumkin edi.
Bu 2 80 bakteriya hujayralariga olib keladi, ya'ni 1 208 925 819 614 629 200 000 000 hujayra (
Odatda bitta bakterial hujayraning massasi 10-12 gramm (10-15 kilo) ga baholanadi.
Bu qancha? 1,2 x 10 24 bakteriyalar x 10 -15 kg/bakteriyalar = 1,2 x 10 9 kg bakteriyalar
Shuni yodda tutingki, oddiy odamning miyasi og'irlik qiladi
Ushbu tadqiqotlarda ishlatiladigan bakteriyalar ko'p jihatdan tanlangan, chunki ular o'sishi oson edi. Eng ko'p ishlatiladiganlar orasida bo'lgan va hozir ham shunday bo'lib qolmoqda. Escherichia coli,E. coli deb ataladi.
E. coli ovqat hazm qilish sistemamizda yashaydi. Ichakda
o'sganda, E. coli a hisoblanadi fakultativ anaerob , demak u molekulyar kislorod yoki O yo'qligida yoki yo'qligida o'sishi mumkin2.Laboratoriyada E. coli odatda o'stiriladi aerobik , ya'ni kislorod ishtirokida.
Biz K-12 yaxshi shtammidan foydalanamiz. Biz virtual bo'lsak ham, laboratoriyadan chiqishdan oldin qo'lingizni sovun va suv bilan yuvish yaxshi fikrdir (klaviaturalar iflos bo'lishi mumkin!)
The E. coli genom DNKning dumaloq ikki simli molekulasi, bu DNK molekulasi 4,639,675 asosiy juftliklar uzunligi va kodlari 4267 genlar .
Escherichia coli dunyodagi eng mashhur mikroblardan biridir.
Teodor fon Escherich tomonidan kashf etilgan, uni shunday deb atagan bakteriya koli kommunasi-topilgan yo'g'on ichakni nazarda tutgan holda.
Garchi E. coli oziq-ovqat bilan bog'liq kasalliklar, ko'pchilik turlari bilan bog'liq bo'lishi mumkin E. coli zararsizdir.
2.Gen ontologiyasi 1998 yilda tadqiqotchilar konsortsium asosida uch model organizmlar Drosophila melanogaster (meva pashshasi), Mus musculus (sichqon) va Saccharomyces cerevisiae (non achitqisi) genomlari o‘rganilib , ularni o‘qilishi va genetik ma’lumotlar ba’zasi yaratilishi asosida tashkil etilgan. So‘ngra boshqa model organizmlar uchun ko‘p ma’lumotlar ba’zasini shu tariqa ko‘rish va ma’lumotlaridan foydalanish, qo‘shimcha annatatsiyalar ba’zasini yaratishni kengaytirish, kabi jarayonlarda gen ontologiyasidan foydalanildi.
O‘simlik, xayvon va mikroorganizmlar eng asosiy genetik ma’lumotlar ba’zalari bu loyixaga xissa qo‘shmoqda. 2008 yil yanvar xolatiga ko‘ra, gen ontologiya dasturi turli xil biologik organizmlarda qo‘llaniladigan 24.500 dan ortiq terminlarini o‘z ichiga oladi. U ma’lumotlar gen ontologiyasini rivojlantirish va undan foydalanish bo‘yicha adabiyotlarda muxim tayanch xisoblanadi, va u bioinformatika soxasida tegishli standart vositasi bo‘lib kelgan.
Amaliy nuqtai nazardan, ontologiya - bu biz biladigan narsalarning vakili. "Ontologiyalar" aniqlanadigan yoki to'g'ridan-to'g'ri kuzatiladigan narsalarning tasvirlari va shu narsalar o'rtasidagi o'zaro bog'liqliklardan iborat. Biologiyada va tegishli domenlarda universal standart terminologiya mavjud emas va atamalardan foydalanish turga, tadqiqot sohasiga yoki hattoki ma'lum narsalarga xos bo'lishi mumkin. tadqiqot guruhi. Bu aloqa va ma'lumotlarni almashishni qiyinlashtiradi. Gen Ontologiya loyihasi ontologiya ifodalovchi belgilangan atamalar gen mahsuloti xususiyatlari. Ontologiya uchta sohani qamrab oladi:
uyali komponent, a qismlari hujayra yoki uning hujayradan tashqari atrof-muhit;
molekulyar funktsiya, gen mahsulotining molekulyar darajadagi elementar faoliyati, masalan, bog'lash yoki kataliz;
biologik jarayon, birlashgan tirik birliklarning ishlashiga tegishli boshlanishi va oxiri aniqlangan molekulyar hodisalar operatsiyalari yoki to'plamlari: hujayralar, to'qimalar, organlarva organizmlar.
Ontologiya ichidagi har bir GO atamasi so'z yoki so'zlar qatori bo'lishi mumkin bo'lgan atama nomiga ega; noyob alfanumerik identifikator; keltirilgan manbalar bilan ta'rif; va unga tegishli bo'lgan domenni ko'rsatadigan ontologiya. Shuningdek, atamalar sinonimlarga ega bo'lishi mumkin, ular termin nomiga to'liq teng, kengroq, torroq yoki o'xshash bo'lgan deb tasniflanadi; boshqa ma'lumotlar bazalaridagi teng tushunchalarga havolalar; va atama ma'nosi yoki ishlatilishi haqida sharhlar. GO ontologiya a sifatida tuzilgan yo'naltirilgan asiklik grafikva har bir muddat aniqlandi munosabatlar bir xil domendagi bir yoki bir nechta boshqa shartlarga, ba'zan esa boshqa domenlarga. GO so'z birikmasi turlarga nisbatan neytral bo'lishi uchun mo'ljallangan va tegishli atamalarni o'z ichiga oladi prokaryotlar va eukaryotlar, bitta va ko'p hujayrali organizmlar.
GO statik emas va unga qo'shimchalar, tuzatishlar va o'zgartirishlar tadqiqot va izohlar jamoalari a'zolari, shuningdek GO loyihasida bevosita ishtirok etganlar tomonidan taklif qilinadi va so'raladi. Masalan, izohlovchi metabolik yo'lni
ifodalash uchun ma'lum bir atamani so'rashi mumkin yoki ontologiyaning bir qismi jamoat mutaxassislari yordamida qayta ko'rib chiqilishi mumkin .Tavsiya etilgan tahrirlar ontologiya muharrirlari tomonidan ko'rib chiqiladi va kerak bo'lganda amalga oshiriladi.
GO ontologiya va izohlash fayllari GO veb-saytidan erkin foydalanish mumkin[7] bir qator formatlarda yoki GO brauzeri yordamida Internetga kirish mumkin AmiGO. Gene Ontology loyihasi, shuningdek, boshqa atamalarni boshqa tasniflash tizimlariga yuklab olish mumkin bo'lgan xaritalarni taqdim etadi.
Misol muddati
id: GO: 0000016
nomi: laktaza faolligi
ontologiya: molekulyar_funktsiya
def: "Reaksiya katalizi: laktoza + H2O = D-glyukoza + D-galaktoza." [EC: 3.2.1.108]
sinonimi: "laktaza-florizin gidrolaza faolligi" BROAD [EC: 3.2.1.108]
sinonimi: "laktoza galaktohidrolaza faolligi" Aniq [EC: 3.2.1.108]
xref: EC: 3.2.1.108
xref: MetaCyc: LACTASE-RXN
xref: Reaktom: 20536
is_a: GO: 0004553! gidrolaza faolligi, O-glikozil birikmalarini gidrolizlash
Ma'lumotlar manbai:
Izoh
Genom izohi gen mahsuloti to'g'risidagi ma'lumotlarni to'plash amaliyotini o'z ichiga oladi va GO izohlari buni amalga oshirish uchun GO so'zlarini ishlatadi. GO kuratorlarining izohlari birlashtirilgan va GO veb-saytida tarqatilgan bo'lib, ularni to'g'ridan-to'g'ri yuklab olish yoki AmiGO yordamida onlayn ko'rish mumkin.[9] GO izohlari gen mahsuloti identifikatori va tegishli GO atamasidan tashqari kamida kamida quyidagi ma'lumotlarga ega: The ma'lumotnoma izohlash uchun foydalanilgan (masalan, jurnal maqolasi); An dalil kodi annotatsiya asoslanadigan dalillar turini belgilash; Izohning sanasi va yaratuvchisi.
GO ma'lumotlariga va ishlatilgan dalillarga va qo'shimcha funktsiyalarga, masalan, funktsiya bajarilishi shartlariga qarab, qo'llab-quvvatlovchi ma'lumotlar, shuningdek, GO izohiga kiritilishi mumkin.
Dalil kodi a boshqariladigan lug'at kodlarning, dalil kodining ontologiyasi, qo'lda va avtomatlashtirilgan izohlash usullarini qamrab oladi.[10] Masalan, Kuzatiladigan muallif bayonoti (TAS) - kurator nashr etilgan ilmiy maqolani o'qiganligini anglatadi va ushbu izoh metama'lumotlari ushbu maqolaga havolani keltiradi; Ketma-ket o'xshashlikdan xulosa qilingan (ISS) degani, inson kuratori ketma-ketlik o'xshashligini qidirish natijalarini ko'rib chiqdi va uning biologik mazmunli ekanligini tasdiqladi. Avtomatlashtirilgan jarayonlardan izohlar (masalan, boshqa izohli lug'at yordamida yaratilgan izohlarni qayta to'ldirish) kod berilgan Elektron izohdan xulosa qilingan (IEA). 2010 yilda barcha GO izohlarining 98% dan ortig'i kuratorlar tomonidan emas, balki 2019 yil 2-iyul holatiga ko'ra barcha GO annotatsiyalarining atigi 30% inobatga olingan.[11][12]Ushbu izohlar inson tomonidan tekshirilmasligi sababli, GO Konsortsiumi ularni unchalik ishonchli emas deb hisoblaydi va ular odatda yuqori darajadagi, unchalik batafsil bo'lmagan atamalardir. To'liq izohli ma'lumotlar to'plamlarini GO veb-saytidan yuklab olish mumkin. Izohlarni ishlab chiqishni qo'llab-quvvatlash uchun GO konsortsiumi yangi kursatorlar va ishlab chiquvchilar guruhlarini va ustozlarini taqdim etadi.
Ko'pchilik mashinada o'rganish algoritmlar Gen Ontology izohlarini bashorat qilish uchun ishlab chiqilgan va amalga oshirilgan.
Misol izohi
Gen mahsuloti: Aktin, alfa yurak mushagi 1, UniProtKB: P68032
GO muddati: yurak qisqarishi; O'tish: 0060047 (biologik jarayon)
Dalil kodi: Mutant Phenotype (IMP) dan olingan
Malumot: PMID 17611253
Tayinlagan: UniProtKB, 2008 yil 6-iyun
Ma'lumotlar manbai:
Asboblar
Ko'p sonli vositalar mavjud[16] ham onlayn, ham GO loyihasi tomonidan taqdim etilgan ma'lumotlardan foydalangan holda yuklab olish uchun. Ularning aksariyati uchinchi shaxslardan keladi; GO konsortsiumi ikkita vositani ishlab chiqadi va qo'llab-quvvatlaydi, AmiGO va OBO-tahrirlash.
AmiGO[17][9] foydalanuvchilarga ontologiyalar va gen mahsulotlarining izohlash ma'lumotlarini so'rash, ko'rib chiqish va tasavvur qilish imkonini beradigan veb-dastur. Bundan tashqari, a Portlash asbob,[18] katta ma'lumot to'plamlarini tahlil qilishga imkon beradigan vositalar,[19][20] va to'g'ridan-to'g'ri GO ma'lumotlar bazasini so'rash uchun interfeys.[21]
AmiGO-ni GO-ning konsortsiumi tomonidan taqdim etilgan ma'lumotlarga kirish uchun GO-ning veb-saytida onlayn ravishda ishlatish yoki GO-ning ma'lumotlar bazasi sxemasini ishlatadigan har qanday ma'lumotlar bazasida mahalliy foydalanish uchun yuklab olish va o'rnatish mumkin (masalan,[22]). Bu bepul ochiq kodli dasturiy ta'minot va go-dev dasturini tarqatishning bir qismi sifatida mavjud.[23]
OBO-tahrirlash[24] Gen-ontologiya konsortsiumi tomonidan ishlab chiqilgan va qo'llab-quvvatlanadigan ochiq manba, platformadan mustaqil ontologiya muharriri. U amalga oshiriladi Javava foydalanadi grafaga yo'naltirilgan ontologiyalarni namoyish qilish va tahrirlash uchun yondashuv. OBO-Edit tarkibiga keng ko'lamli qidiruv va filtr interfeysi kiradi, ularni ingl. Aniq qilish uchun atamalarning quyi to'plamlarini ko'rsatish imkoniyati mavjud; foydalanuvchi interfeysi ham foydalanuvchining xohishiga ko'ra sozlanishi mumkin. OBO-Edit-da a mulohaza yurituvchi mavjud aloqalar va ularning xususiyatlariga asoslanib, aniq aytilmagan havolalarni chiqarishi mumkin. Biomedikal ontologiyalar uchun ishlab chiqilgan bo'lsa ham, OBO-Edit har qanday ontologiyani ko'rish, izlash va tahrirlash uchun ishlatilishi mumkin. Uni yuklab olish uchun bepul foydalanish mumkin.
Konsortsium
Gen Ontologiya konsortsiumi - bu to'plam biologik ma'lumotlar bazalari va gen ontologiya loyihasida faol ishtirok etgan tadqiqot guruhlari.[12] Bunga bir qator kiradi model organizm ma'lumotlar bazalari va ko'p turdagi proteinlar ma'lumotlar bazalari, dasturiy ta'minotni ishlab chiqish guruhlari va maxsus tahririyat.
Tarix
Gen Ontologiyasi dastlab 1998 yilda tadqiqotchilarni konsortsiumi tomonidan qurilgan genomlar uchtadan model organizmlar: Drosophila melanogaster (mevali chivin), Muskul mushak (sichqoncha) va Saccharomyces cerevisiae (pivo yoki novvoylarning xamirturushlari).[25] Boshqa ko'plab Namunaviy ma'lumotlar bazalari Gen ontologiya konsortsiumiga qo'shilib, nafaqat annotatsiya ma'lumotlariga, balki ontologiyalar va ma'lumotlarni ko'rish va qo'llash vositalarini ishlab chiqishga ham hissa qo'shdilar. Ko'plab o'simlik, hayvonot va mikroorganizmlar ma'lumotlar bazalari ushbu loyihaga o'z hissasini qo'shmoqda.[7] 2019 yil iyul holatiga ko'ra GO 44,945 shartni o'z ichiga oladi; 4,467 xil biologik organizmlarga 6 408 283 ta izoh mavjud.[7] GO-ni ishlab chiqish va undan foydalanish bo'yicha muhim adabiyotlar to'plami mavjud va u standart vositaga aylandi bioinformatika qurol. Ularning maqsadlari uchta jihatga ega: gen ontologiyasini yaratish, gen / gen mahsulotlariga ontologiya berish va dastlabki ikkita ob'ekt uchun dasturiy ta'minot va ma'lumotlar bazalarini yaratish.
Sinflarning rasmiy, domenga bog'liq bo'lmagan xususiyatlaridan (metaproperties) foydalangan holda Gen Ontologiyasining bir nechta tahlili ham paydo bo'lmoqda. Masalan, biologik ontologiyalarning ontologik tahlili.
AmiGO - Genning Ontologiya ma'lumotlar bazasini qidirish va ko'rib chiqish uchun amaldagi rasmiy veb-vositalar to'plami
Gen Ontologiya konsortsiumi - rasmiy sayt
PlantRegMap - 165 o'simlik turi uchun GO izohi va GO ni boyitish tahlili
SimCT - ontologiya bilan izohlangan biologik ob'ektlar o'rtasidagi munosabatlarni klaster daraxti ko'rinishida namoyish qilish uchun veb-ga asoslangan vosita.
SerbGO - turli xil dasturlarning umumiy xususiyatlarini va ularning farqlarini ko'rsatish uchun imkoniyatlarini taqqoslash va GO tahlil qilish uchun qaysi vositalarda, agar mavjud bo'lsa, foydalanuvchidan talab qilinadigan muayyan imkoniyatlarga ega ekanligini aniqlash uchun GO vositasi.
Domenga yo'naltirilgan gen ontologiyasi - funktsiyalar, fenotiplar, kasalliklar va boshqalar bo'yicha domenga asoslangan ontologiyalar ma'lumotlar bazasi.