Muhammad al-xorazmiy nomidagi toshkent axborot texnologiyalari universiteti bioinformatika va biomexanika

Bioinformatika qo’llaniladigan eng mashhur dasturlar:

ACT – genom tahlilida qo’llaniladi.
Arlequin – populyatsion-genetik ma’lumotlarni tahlil etishda qo’llaniladi.
BLAST – nukleotidlar va aminokislotalar ketma-ketligi xalqaro bazasidan eng yaqin bo’lgan qarindosh tur ketma-ketlikni aniqlashda qo’llaniladi.
Clustal – ko’pgina nukleotid va aminokislotalar ketma-ketligini o’zaro o’xshashlarini aniqlab bir qatorga yig’ishda qo’llaniladi.
DnaSP – DNK ketma-ketligidagi polimorfizm holatini tahlil qilish uchun qo’llaniladi.
FigTree – filogenetik daraxtni tahrir qilishda foydalaniladi.
MEGA – molekulyar-evolutsion genetik tahlillarda foydalaniladi.
Bundan tashqari yuzlab dasturlar mavjud bo’lib, ular ushbu sohada faoliyat olib boruvchi tadqiqotchiga qulayliklarni yaratadi. Ushbu maqolani yozish davomida hisoblab ko’rsam men o’zim ayni vaqtdagi faoliyatim davomida deyarli kuni o’rtacha 6 ta mana shunday dasturlar bilan ishlatar ekanman.
Xulosa
Bioinformatika — umumiy biologiya, molekulyar biologiya, kibernetika, genetika, kimyo, informatika, matematika va statistikani birlashtirgan fanlararo sohadir. Katta hajmdagi maʼlumotlarni tahlil qilishni talab qiladigan keng koʻlamli biologik muammolar bioinformatika dasturlari yordamida hal qilinadi. Bioinformatika asosan kompyuter usullarini oʻrganish va ishlab chiqishni oʻz ichiga oladi va biologik maʼlumotlarni olish, tahlil qilish, saqlash, tartibga solish va vizualizatsiya qilishga qaratilgan. Bioinformatika amaliy matematika, statistika va informatika usullardan foydalanadi. Bioinformatika biokimyo, biofizika, ekologiya va boshqa sohalarda qoʻllaniladi. Bu sohada eng koʻp qoʻllaniladigan dasturlar va texnologiyalar Python, R, Java, C#, C++ dasturlash tillaridir; belgilash tili — XML; maʼlumotlar bazalari uchun dasturlash tili — SQL; Parallel hisoblashning dasturiy va apparat arxitekturasi — CUDA; texnik hisob-kitoblarga oid masalalarni yechish uchun amaliy dasturlar toʻplami va ushbu paketda qoʻllaniladigan dasturlash tili — MATLAB va elektron jadvallar

Mavzu: Bioinformatika fanining maqsadi, vazifasi va rivojlanishi

Reja

1.Bioinformatika faning rivojlanish tarixi
2.Bioinformatika fanining istiqbollari
3.Bionformatika fanining boshqa fanlar bilan integratsiyasi
4.Zamonaviy biologik tadqiqotlarda bioinformatikaning axamiyati
Bioinformatika hozirgi kunda rivojlangan davlatlar ilmiy jamoatchiligi orasida tez-tez quloqqa chalinib turadigan atamalardan biriga aylanib bo’ldi. Vaholanki bir necha o’n yillar avval biologiya va informatikani bir-biridan alohida fan sifatida tushunar edik. Lekin buni qarangki biologiya va informatika fanlarining ham o’zaro kesishgan nuqtasi bor ekan. Ana shu nuqtada bioinformatika fani yuzaga kelgan. Bioinformatika bu biologik ko’rsatkichlarni ifodalashda foydalaniladigan usullar va dasturlarni ishlab chiquvchi fan. Tadqiqotchi tomonidan biologiyaning biror sohasida tajribalar olib borgan sayin ushbu yo’nalishga oid biologik ma’lumotlar ko’lami ortib boraveradi. Bu esa ushbu ma’lumotlarni qo’lda analiz qilish imkonini qiyinlashtiradi. Xuddi mana shu yerda biolog axborot texnologiyalariga ehtiyoj seza boshlaydi. Biologik ko’rsatkichlarni kompyuter unga yuklangan dastur asosida hisoblaydi, guruhlarga ajratadi, analiz qiladi, qayta ishlaydi. Bu ishning aniq va qisqa vaqtda amalga oshirilishini ta’minlaydi. Информатика фанининг XX асрнинг иккинчи ярмида пайдо бўлган даврдан бошлаб физика-математика, техника, гуманитар ва бошқа фанларга ҳам тадбиқ қилиниши ҳамда улар билан ҳамкорликда ишлаши тобора кенгайиб бормоқда. Ҳозирги кунда информатика фани усулларини четлаб ўтадиган бирон-бир фан соҳасини топиш мушкул. Табиий фанлар ҳам бундан мустасно эмас. Ўтган асрнинг 60-йиллар охири 70-йиллар бошларида биологияда ЭҲМ (электрон ҳисоблаш машиналари) фаол қўлланила бошланди: шу билан биргаликда уларнинг хотиралари ва операцион тезликлари ошди ва ўлчамлари кичрайтирилди. Шу билан биргаликда биология соҳасида информацион таҳлилларни талаб этувчи катта миқдордаги экспериментал маълумотлар тўпланиб қолди. Бунга мисол қилиб бир қанча давлат олимлари ҳамкорлигида 2003 йилдаёқ одам геномининг севенирланишини келтириш мумкин.

Bioinformatika qayerda qo’llaniladi?

Hozirgi rivojlangan dunyoda alohida fanlar katta yutuqqa erisha olmaydi. Integratsiyalashgan fanlar yoki yo’nalishlar esa nisbatan ulkan natijalarga erisha oladi. Shu bois agar biolog o’z navbatida axborot texnologiyalaridan, dasturlash tillaridan xabardor bo’lsa, mehnat bozorida unga bo’lgan ehtiyojning yuqori bo’lishiga va o’z navbatida katta moliyaviy manbaga erishishiga sabab bo’ladi. Ayni vaqtda farmatsevtika, biotexnologiya, meditsina, biokimyo, biofizika, ekologiya, filogenetika, genetika kabi sohalarda bioinformatika fani va uning metodlariga bo’lgan talab kundan kunga ortib bormoqda.
Hattoki klassik fanlardan hisoblangan sistematika, zoologiya, botanika fanlari ham so’nggi o’n yillikda bioinformatikaga tez-tez murojaat qilmoqda. Ayniqsa turlarni aniqlash borasida bioinformatika usullaridan keng foydalanilmoqda.

Bioinformatika faning qisqacha tarixi

1970-yilda niderland nazariyotchi biologi Polina Hogeveg va Ben Hesper biotik tizimdag informatsion jarayonlarni tadqiq etish davomida “bioinformatika” degan terminni qo’llagan.
Dastlab 1950-yillarda Frederik Senjer insulin oqsilining ketma-ketligini aniqlagan vaqtdayoq molekulyar biologiya fanida kompyuterlarning ahamiyati orta boshlagan.
Boisi bir necha xil organizmlardagi insulin oqsilining ketma-ketligi tartibini o’zaro qo’lda solishtirib chiqish amaliy jihatdan imkonsiz bo’lgan. Bu sohada ishlagan ilk tadqiqotchilardan biri Margaret Oukli Deyxoff edi.
U birinchilardan bo’lib oqsil ketma-ketligi haqidagi ma’lumotlarni to’plab, uni kitob holida chop etdi va ilk marotaba molekulyar evolutsiya sohasida o’zaro bir qatorga jamlangan oqsil yoki nukleotidlar ketma-ketligini qo’llash metodikasini ishlab chiqdi. NCBI direktori Devid Lipman uni “bioinformatikaning otasi va onasi” deb atalagan edi.

Bioinformatikaning asosiy vazifalari nimalardan iborat?

Normal hujayraning turli kasalliklar vaqtida qanday o’zgarishini tadqiq etish uchun avvalo u haqidagi barcha biologik ko’rsatkichlar o’zaro umumlashtirilgan va bir butun sistemaga aylantirilishi lozim edi. Mana shundagina olimlar hujayraning holatiga yaxlit bir nazar sola olish imkoniga ega edilar. Xuddi mana shu nuqtada bioinformatika olimlarga juda qo’l kela boshladi.Uning metodlari yordamida hujayradagi barcha ko’rsatkichlarni umumlashtirish, tahlil qilish va biror yo’nalishga talqin etish imkoni mavjud edi. Hujayradagi ushbu ko’rsatkichlarga nukletidlar va aminokislotalar ketma-ketligi, oqsil domenlari va oqsil tuzilishi kiradi. Ma’lumotni tahlil qilish va talqin qilishning dolzarb jarayoni hisoblash biologiyasi deb ataladi.

Qo’llaniladigan eng muhim sohalari

Ayni vaqtda bioinformatika biologiyaning juda ko’p sohalarida qo’llaniladi. Shulardan biri evolutsion biologiyadir. Evolutsion biologiya turlarning kelib chiqishi hamda uzoq vaqt mobaynida qanday shakllanishini tadqiq etadi. Bioinformatika quyidagi yo’nalishlarda evolutsion biologlarga yordam beradi:





Ko’pgina organizmlar (tur sonining ahamiyati yo’q) DNK sidagi o’zgarishlarni o’rgangan holda ularni evolutsiya jarayonini o’rganishda;

Butun boshli genomlarni solishtirishda (BLAST yordamida); bu esa evolutsion jarayonlarni yaxlit holatda o’rganish imkonini beradi.

Populyatsiyalarning kompyuter modelini ishlab chiqishda; bu uzoq vaqt davomida ushbu biologik tizimdagi o’zgarishlar va o’ziga xoslik jarayonini o’rganish imkonini beradi.

Juda ko’p turlar haqidagi ma’lumotlarni o’zida jamlagan maqolalarning yaratilishida.



Bionformatika fanining boshqa fanlar bilan integratsiyasi
Molekulyar genetika
Biotexnologiya
Biokimyo

Genomika

Molekulyar genetika

Molekulyar genetika - molekulyar biologiyaning asosiy yoʻnalishlaridan biri, irsiy axborot strukturasi va funksiyasini, uning yuzaga chiqishi mexanizmlarini oʻrganadigan fan. Molekulyar genetikaning rivojlanishi 1928 yilda F. Griffit tomonidan bakteriyalarda transformatsiya hodisasini kashf etilishidan boshlanadi.
Eyveri va shogirdlari (1944) transformatsiya asosida hujayraga yot DNK (dezoksiribo-nuklein kislota) kirib irsiy axborotni oʻzgartirishiini aniqlashdi. Keyinchalik transduksiya (bakteriofaglar orqali bir hujayradan ikkinchisiga DNK qismlarining koʻchirib oʻtkazilishi) hodisasining kashf etilishi irsiy moddaning moddiy asosi nuklein kislotasi ekanligini uzil-kesil tasdikladi.
Bidl va Teytum (1948) tomonidan "bir gen — bir ferment" gipotezasining yaratilishi genetikani biokimyo bilan bogʻlikligini koʻrsatdi. Bu kashfiyotlar nuklein kislotalarni oʻrganishga bagʻishlangan tadqiqotlarning keng rivojlanishiga sabab boʻldi. M. Uilkins va R. Franklin (1950—52) DNK molekulasining rentgenogrammasini olishdi. E. Chargaff (1947—50) DNKdagi azotli asoslarning komplementarligi prinsipini aniqlashdi. Bu tadqiqotlar D. Uotson va F. Krik (1953) tomonidan DNK molekulasi qoʻsh spiral modelining yaratilishi uchun asos boʻldi. Bu modelga asosan DNK 2 polinukleotid zanjiridan iborat.
Zanjirda DNK molekulalari komplementar azot asoslarining vodorod bogʻlari orqali oʻzaro birikadi. DNK modelining yaratilishi tufayli DNKning matritsa prin-sipi asosida reduplikatsiyasi, genetik kodning va irsiy axborotning koʻchirilishi (transkripsiya)ning , mutatsiya mexanizmlari va DNK mutatsiyalarining qayta tiklanishi (reparatsiya) mexanizmlarini oldindan bashorat qilish mumkin boʻldi.
Bu kashfiyotlar gen nazariyasining yaratilishi uchun asos boʻldi. Keyinchalik irsiy axborot yuzaga chiqishining yangi mexanizmlari va genlar faoliyatining idora qilinishi koʻrsatib berildi; genlarning ekzonintron tuzilishi, splaysing , protsessing jarayonlari, mobil genlar, psevdogenlar, onkogenlar, rekombinatsiyalanuvchi genlar kashf etildi.

Biotexnologiya

Biotexnologiya (bio... va yun. techne — mahorat, sanʼat, logos — soʻz, taʼlimot) –qishloq xo’jaligi , sanoat va tibbiyotning turli sohalarida tirik organizm va biologik jarayonlardan foydalanadigan sanoat usullari majmui. Biolgiya va texnika imkoniyatlarini birlashtiradigan ilmiy yoʻnalish. " Biotexnologiya" terminining vujudga kelishiga Stenford universiteti (AQSH; 1973) bir guruh olimlarining har xil xossaga ega irsiy molekulalarini biriktirib rekombinant DNK (istalgan organizmdan ajratilgan DNKning ikki yoki undan ortiq qismlarini in vitro sharoitida birikishidan vujudga kelgan hosila) olishi sabab boʻldi.
Mikrobiologik biotexnologiya mikroorganizmlar hayot faoliyatidagi jarayonlarga asoslangan boʻlib, bu sohada fermentli preparatlar, antibiotiklar, aminokislotalar, gormonlar, oqsil moddalari va xalq xoʻjaligining turli tarmoklari uchun zarur metabolitlar sintez qilinadi.

Biokimyo

Biokimyo, biologik kimyo — tirik organizmlarning kimyoviy tarkibi va ularda sodir boʻladigan kimyoviy jarayonlar haqidagi fan. Biokimyo rivojlana borib, 3 asosiy tarmoqqa boʻlinib ketdi.
Statistik biokimyo
Dinamik biokimyo
Dissimilatsion biokimyo
kimyoviy topografiya) organizmlarning kimyoviy tarkibi va ularni tashkil etuvchi moddalarning kimyoviy tuzilishini
rganizm hujayralari va toʻqimalari tuzilishi va yangilanib turishi uchun zarur murakkab organik moddalarning sintezlanishi (assimilyatsiya)ni,
rganizm faoliyati uchun zarur boʻlgan energiya hosil boʻlish jarayonida murakkab moddalarning parchalanishi (dissimilyatsiya)ni oʻrganadi

Genomika

Genomika – umumiy genlar yigʻindisi yani hozirgi kunda oʻsimik dunyosi va tabiyatdagi barcha tirik organizimlarning genlari ustida ishlash va yangi va samarali maxsulotlar yetishtirish. Genetik fond, genofond (gen va frans. fond — asos) — individlarda mavjud boʻlgan va mazkur populyatsiyann tashkil qiluvchi genlar yigʻindisi.
Genetik fond irq va turlarning paydo boʻlish jarayoni asosidir. " Genetik fond " terminini fanga rus olimi A. S. Serebrovskiy kiritgan (1928). Populyatsiyadagi genlarning nisbiy takrorlanishi yetarli darajada katta populyatsiyalar miqyosida va tanlash roʻy bermaydigan sharoitlarda avloddan-avlodga oʻzgarishsiz oʻtadi. Populyatsiyalar Genetik fondmutatsiyalarmusht vujudga kelishi, duragaylash (biron-bir boshqa populyatsiyadan genlarning oʻtishi) va tabiiy tanlanish natijasida oʻzgaradi.
Krossingover yoki meyozda xromosomalarning qayta taqsimlanishidan yuzaga keluvchi rekombinatsiya genning yangi birikmalarini hosil qiladi. Natijada vujudga kelgan yangi fenotiplar muayyan darajada yashovchanlikka qulay yoki, aksincha, noqulay boʻlishi mumkin. N. I. Vavilovbirlamchi va ikkilamchi gen markazlari haqidagi tushunchani ifodalab berdi. Tur populyatsiyalari Genetik fondt arkibi tarixan gen markazlarida shakllangan.

30-y.larda Meksikadan N. I. Vavilov keltirgan akala gʻoʻza populyatsiyasi Oʻzbekistan, Tojikiston, Turkmanistonda yangi seleksion navlarni yaratish uchun asos boʻldi. Gʻoʻza turkumiga oid 50 ga yaqin yovvoyi turlarning va 4 madaniylashtirilgan turlarga oid 6 mingdan ortiq kolleksion nusxalar, yuzlab koʻp genomlik sintetik shakllar Oʻzbekiston FA Genetika va oʻsimliklar eksperimenta! biologiyasi institutining jahonga mashhur Genetik fondda saqlanib kelmoqsa va manba boʻlib ishlatilmoqaa

B ioinformatika qo’llaniladigan eng mashhur dasturlar
ACT – genom tahlilida qo’llaniladi.

Arlequin – populyatsion-genetik ma’lumotlarni tahlil etishda qo’llaniladi.
BLAST – nukleotidlar va aminokislotalar ketma-ketligi xalqaro bazasidan eng yaqin bo’lgan qarindosh tur ketma-ketlikni aniqlashda qo’llaniladi.
Clustal – ko’pgina nukleotid va aminokislotalar ketma-ketligini o’zaro o’xshashlarini aniqlab bir qatorga yig’ishda qo’llaniladi.
DnaSP – DNK ketma-ketligidagi polimorfizm holatini tahlil qilish uchun qo’llaniladi.
FigTree– filogenetik daraxtni tahrir qilishda foydalaniladi.
MEGA – molekulyar-evolutsion genetik tahlillarda foydalaniladi.
Bundan tashqari yuzlab dasturlar mavjud bo’lib, ular ushbu sohada faoliyat olib boruvchi tadqiqotchiga qulayliklarni yaratadi. Ushbu maqolani yozish davomida hisoblab ko’rsam men o’zim ayni vaqtdagi faoliyatim davomida deyarli kuni o’rtacha 6 ta mana shunday dasturlar bilan ishlatar ekanman.