Sysop: 1 revizi

2013-12-02T15:35:01Z

1 revizi

← Starší verze

Verze z 2. 12. 2013, 15:35

Sysop: 1 revizi

2011-04-21T14:32:26Z

1 revizi

Nová stránka

[[Soubor:Genome viewer screenshot small.png|thumb|'''Mapa lidského chromozomu X''' (z webu NCBI). Bioinformatika přispěla značnou měrou k tomuto zmapování.]]
'''Bioinformatika''' je vědní disciplína, která se zabývá metodami pro shromážďování, analýzu a vizualizaci rozsáhlých souborů [[Biologie|biologických]] dat, zejména dat [[molekulární biologie|molekulárně-biologických]].
Předmětem zájmu a používanými metodami se bioinformatika prolíná s dalšími příbuznými obory, např. [[molekulární biologie|molekulární biologií]], [[genomika|genomikou]], [[proteomika|proteomikou]], [[genetika|genetikou]], [[výpočetní biologie|výpočetní biologií]], [[matematická biologie|matematickou biologií]], [[systémová biologie|systémovou biologií]], [[teoretická biologie|teoretickou biologií]], [[biomedicínská informatika|biomedicínskou informatikou]], [[biomedicínské inženýrství|biomedicínským inženýrstvím]], [[výpočetní chemie|výpočetní chemií]], [[informatika|informatikou]] a [[počítačová lingvistika|počítačovou lingvistikou]].
== Typická data ==
[[Soubor:Protein alignment.png|475px|thumb|Srovnání sekvencí různých proteinů]]
* Sekvence [[protein]]ů a [[Nukleová kyselina|nukleových kyselin]] ([[DNA]], [[RNA]])
* Struktura [[Makromolekula|makromolekul]] (hlavně proteinů)
* Údaje o aktivitě a expresi [[gen]]ů
* Údaje o funkcích genů a jejich produktů
* Údaje o interakcích mezi proteiny a DNA
== Práce bioinformatika ==
* in silico, tj. práce či simulace na počítači, na rozdíl od práce na živých organismech v přirozených ([[in vivo]]) či laboratorních ([[in vitro]]) podmínkách
* práce s velkými objemy dat
* vyhledávání subsekvencí v datech
* srovnávání podobných sekvencí, analýza sekvencí
* snaha předpovídat strukturu a funkci proteinů
* výsledky analýz zobrazovat graficky
* dynamické modelování
* užitečná pro [[biolog]]y, [[lékař]]e, [[právník]]y, [[policista|policisty]], konzumenty [[GMO]]
== Oblasti bioinformatického výzkumu ==
=== Anotace genomu ===
Snaha o nacházení [[gen]]ů, míst interakce s [[protein]]y a dalších významných oblastí v sekvenci [[DNA]] je nazývána anotací [[genom]]u. Zabývá se jí více vědních oborů, především molekulární biologie. Bioinformatika se snaží na základě vlastností laboratorně (např. [[sekvenování RNA|sekvenováním]] [[mRNA]]) nalezených oblastí předpovědět pozice dalších oblastí výpočetními metodami. U [[prokaryota|prokaryot]] lze s úspěchem použít metody založené na znalostech vlastností [[promotor (genetika)|promotorů]] a dalších hraničních oblastí genů, tzv. ab initio metody. U [[eukaryota|eukaryot]] je použití těchto metod náročnější, protože mají mnohem složitější strukturu genomu. Dalšími často volenými nástroji jsou pravděpodobnostní modely (např. [[Skryté Markovovy Modely]] (Hidden Markov models) či metody [[strojové učení|strojového učení]] (Vhodné jsou např. [[support vector machines]]).
=== Sekvenční analýzy ===
Základním úkonem, potřebným v mnoha bioinformatických aplikacích je zarovnání sekvencí a analýza jejich podobnosti (sequence alignment), povětšinou se jedná o sekvence [[nukleová kyselina|nukleových kyselin]] či [[aminokyselina|aminokyselin]] v bílkovině. Několik sekvencí je třeba nejdříve přiložit k sobě tak, aby si prvky na jednotlivých pozicích co nejvíce odpovídaly a bylo tak možné vyhodnotit míru podobnosti. Základními algoritmy pro tento úkon jsou [[algoritmus Smith-Waterman|Smith-Waterman]] a [[algoritmus Needleman-Wunsch|Needleman-Wunsch]]. Při hledání a porovnávání dlouhých sekvencí na úrovni genomu je třeba využívat jisté [[heuristika|heuristiky]], protože základní algoritmy jsou příliš pomalé. Příkladem programu pro rychlé vyhledávání na dlouhých sekvencích s využitím heuristiky je [http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi BLAST].
=== Analýzy úrovně genové exprese ===
Molekulární biologové laboratorními metodami měří úroveň [[exprese genu|exprese]] jistých genů, tedy jaké množství mRNA je z daného genu v daném období [[transkripce (DNA)|traskribováno]]. Často používanými metodami jsou [[reverzní transkripce]] do [[cDNA]] (metoda EST), [[DNA čip|microarray]] či SAGE( serial analysis of gene expression). Výsledky těchto analýz jsou rozsáhlé soubory dat s velkou úrovní šumu, bioinformatika data upravuje do použitelné podoby.
=== Analýzy genové regulace ===
Reakce buňky na změny v prostředí jsou z velké části založeny na genové regulaci. Komplexním systémem informačních drah je informace o podnětu z vnějšího prostředí (např. [[hormon]] nebo podnět z [[chemoreceptor]]u) přenesena do [[jádro buňky|jádra]], kde ovlivní míru exprese jednotlivých genů. Buňka tak začne produkovat proteiny, potřebné v dané situaci.
Bioinformatika zkoumá principy této regulace. Je například možné porovnat [[DNA čip|microarray]] data z buňky v běžném stavu a buňky vystavené vlivu léčiva a zjistit tak přesně, které geny byly léčivem ovlivněny.
Analýza genové regulace je velmi důležitou součástí výzkumu rakoviny.
=== Předpověď struktury proteinů ===
[[bílkovina#struktura bílkovin|Struktura proteinu]] z velké části determinuje její funkci, proto je jeho znalost důležitá. Experimentální zjištění tohoto tvaru (např. pomocí [[rentgenová strukturní analýza|rentgenové krystalografie]]) je však drahé, pomalé a ne vždy možné. Proto se bioinformatika snaží získat prostorové uspořádání proteinů jinak.
[[bílkovina#struktura bílkovin|Primární strukturu]] proteinu (pořadí [[aminokyseliny|aminokyselin]]) lze jednoduše získat například sekvenací mRNA pro daný protein.
[[bílkovina#struktura bílkovin|Sekundární]],
[[bílkovina#struktura bílkovin|terciální]] (popř.
[[bílkovina#struktura bílkovin|kvarterní]]) strukturu se bioinformatika a [[teoretická chemie]] snaží předpovědět na základě znalosti primární struktury. Používaných technik je mnoho, základní přístupy jsou tyto:
* Využití fyzikálně-chemických vlastností jednotlivých aminokyselin či molekul - tzv. ab initio metody (například snaha určit celkovou energii, jakou molekula potřebuje pro zaujetí určitého tvaru a najít tvar s minimální potřebnou energií)
* Využití biologických znalostí - například předpověď struktury proteinu na základě znalosti struktury proteinu z homologního genu či proteinu s podobnou funkcí
* Využití experimentálně zjištěných tvarů proteinů - především metody strojového učení
* Kombinace několika z těchto přístupů
Zatímco při předpovědi sekundární struktury bývá dosaženo poměrně dobrých výsledků, (Současné metody mají úspěšnost přes 70%) předpověď terciální struktury je náročnější a méně přesná.
=== Srovnávací genomika ===
Srovnávací [[genomika]] se snaží porozumět vztahům genů či jiných částí genomu napříč organismy a lépe tak porozumět procesu [[evoluce]], případně přispět k anotaci genomů na základě znalostí vztahů mezi nimi. Jelikož genomy jsou rozsáhlé a mají složitou strukturu, vyžaduje tvorba [[intergenomická mapa|intergenomických map]] i další analýzy automatizaci výpočtů.
== Vědecké časopisy ==
* Applied Bioinformatics
* Bioinformatics
* BMC Bioinformatics
* Briefings in Bioinformatics
* In Silico Biology
* Journal of Bioinformatics, Biology and Computational Biology
== Vědecké a zájmové společnosti ==
* [http://www.iscb.org ISCB](International Society for Computational Biology)
* [http://fobia.img.cas.cz FOBIA] (sekce ČSBMB)
== Bioinformatika v České republice ==
Bioinformatiku lze studovat na několika vysokých školách:
* [[Fakulta informatiky Masarykovy univerzity]] nabízí bakalářský i navazující magisterský obor '''Bioinformatika''' v rámci programu '''Aplikovaná informatika'''<ref>[http://www.fi.muni.cz/docs/katalog.pdf Studijní katalog FI MU Brno]</ref>
* [[Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně]] nabízí bakalářský i navazující magisterský program '''Biomedicínská technika a bioinformatika'''<ref>[http://jdi.na.biomedicinu.cz/ Propagační web oboru Biomedicínská technika a bioinformatika na FEKT VUT Brno]</ref>
* [[Fakulta elektrotechnická ČVUT]] nabízí obor '''Biomedicínská informatika''' v rámci programu '''Biomedicínské inženýrství a informatika'''<ref> [http://biomedicina.fel.cvut.cz/bmecmsms/ Biomedicína - Biomedicínské Inženýrství a Informatika na FEL ČVUT Praha]</ref>
== Paranormální jevy ==
Pojem bioinformatika lze najít i literatuře zabývající se paranormálními jevy, kde je tímto termínem myšleno mimosmyslové vnímání.<ref>[http://sirver.neutral.cz/EE/print.php?id=492 Přehlížené přiznání na esoterické encyklopedii]</ref>
== Literatura ==
* Fatima Cvrčková, Úvod do praktické bioinformatiky, Academia, ISBN 80-200-1360-1, 2006 (1. vydání)
* Marketa Zvelebil, Jeremy Baum, Understanding Bioinformatics, Garland Science, ISBN 978-0-8153-4024-9, 2007 (1. vydání)
* Dan E. Krane, Fundamental concepts of Bioinformatics, Benjamin Cummings, ISBN 0805346333
* Jean-Michel Claverie, Bioinformatics for dummies, SBN 0764516965
== Reference ==
<references/>
== Související články ==
{{biologie}}

{{Článek z Wikipedie}}
[[Kategorie:Bioinformatika]]
[[Kategorie:Biomedicínské inženýrství]]
[[Kategorie:Biostatistika]]
[[Kategorie:Matematická biologie]]

Bioinformatika - Historie editací

Sysop: 1 revizi

Sysop: 1 revizi