مفهوم المعلوماتية الحيوية
المعلومات الحيوية هي عبارة عن تسلسلات الحمض النووي، و الحمض النووي الريبي ، والأحماض الأمينية لكامل الكائنات الحية بأنواعها المتعددة والضخمة، والتي تشكل بيناتً ضخمة للحفظ والتخزين والتحليل، ويُعد مجال المعلوماتية الحيوية مجالاً فرعيًا يجمع بين علم البيولوجيا وعلوم الحاسوب، إذ يهتم هذا المجال بجمع وتخزين وتحليل ونشر المعلومات الحيوية الضخمة وإدارتها.
تستخدم المعلوماتية الحيوية برامج الكمبيوتر لمجموعة متنوعة من التطبيقات والتحليلات، لا سيما تلك المتعلقة بتحديد وظائف الجينات والبروتينات، وإنشاء العلاقات التطورية بين الكائنات الحية ودراستها بشكل أسهل، والتنبؤ بالأشكال ثلاثية الأبعاد للبروتينات التي تتخذها داخل الخلية والتي تجعلها جزيئًا ذو وظيفة.
تطور المعلوماتية الحيوية
كان نمو المعلوماتية الحيوية مشروعًا عالميًا، حيث تم إنشاء شبكات الكمبيوتر و قواعد البيانات التي سمحت بالوصول إلى المعلومات الحيوية أو البيانات البيولوجية بسهولة تامة، ومكنت العلماء والباحثين من جميع أنحاء العالم من تطوير برامج وقواعد بيانات ومعلومات لتحليلها بسرعة وسهولة.
تهدف العديد من المشاريع الدولية إلى توفير قواعد بيانات الجينات والبروتينات أصبحت الآن متاحة مجانًا للمجتمع العلمي بأسره عبر الإنترنت، ويستخدم خبراء المعلوماتية الحيوية الآن برامج معقدة لاسترجاع بيانات تسلسل الحمض النووي والبروتين وفرزها وتحليلها والتنبؤ بها وتخزينها ليتم مراجعتها وتحليلها من قبل العلماء والباحثين والأطباء.
الأدوات وقواعد بيانات المعلوماتية الحيوية
الأدوات الرئيسية لخبير المعلومات الحيوية هي برامج الكمبيوتر والإنترنت، والنشاط الأساسي هو تحليل تسلسل الحمض النووي والبروتينات باستخدام برامج وقواعد بيانات مختلفة متاحة على الإنترنت، ويمكن لأي شخص من الأطباء إلى علماء الأحياء الجزيئية، الذين لديهم إمكانية الوصول إلى الإنترنت والمواقع ذات الصلة أن يكتشفوا بحرية تكوين الجزيئات البيولوجية مثل الأحماض النووية والبروتينات باستخدام أدوات المعلومات الحيوية الأساسية، ومن الأمثلة على أدوات المعلوماتية الحيوية واسعة الاستخدام عبر الإنترنت ما يأتي:
تقوم أداة Blast بإيجاد مناطق التشابه والتطابق بين سلسلتين من سلاسل الحمض النووي، حيث تعمل هذه الأداة على المقارنة بين سلاسل النوكليوتيدات أو البروتينات للتسلسلات المحفوظة في قواعد البيانات.
تعتبر UniProt قاعدة بيانات مهمة ومجانية وواسعة شاملة وعالية الجودة، والتي تقوم بحفظ كامل تسلسلات الأحماض الأمينية للبروتينات مع معلومات شاملة عنها.
تجمع هذه القاعدة البيانية الضخمة تسلسل النوكليوتيدات، لدعم الأنشطة البحثية في العلوم البيولوجية.
أثر المعلوماتية الحيوية على علم الجينوم
أُعلن عام 2003م في شهر إبريل عن إنهاء مشروع الجينوم البشري والذي تم البدء به منذ أكتوبر عام 1990م، ولأول مرة بفضل هذا الإنجاز العظيم، أصبح بإمكاننا قراءة التسلسل الجيني الكامل للحمض النووي البشري، والذي يعد إنجازًا بارزًا للمعلوماتية الحيوية، إذ يعتبر المشروع الجيني الأول، والذي تلاه البدء بمشروعات أخرى للكائنات الحية الأخرى وأنواع متعددة من البكتيريا.
تطبيقات عملية على المعلوماتية الحيوية
بغض النظر عن تحليل بيانات تسلسل الجينوم الضخمة، تُستخدم المعلوماتية الحيوية الآن في مجموعة واسعة من المهام المهمة الأخرى، ومنها ما يأتي:
- تحليل مستويات التعبير الجيني والاختلاف بينهم، والتحليل والتنبؤ بشكل ووظيفة الجين والبروتين.
- التنبؤ والكشف عن كيفية تنظيم الجينات لأعمالها داخل الخلايا.
- محاكاة البيئة البيولوجية داخل الخلية.
- عرض وتحليل التفاعلات الجزيئية داخل الخلايا من أجل فهم تفاعلات الأمراض الجينية .
- تصميم بادئات تضاعف الأحماض النووية (primers)، والتي تستخدم مخبريًا من قبل الباحثين في تضخيم الحمض النووي في الفحوصات والتجارب مثل تفاعل البلمرة المتسلسل PCR.
- تصميم الأدوية؛ فللمعلوماتية الحيوية دور أساسي في البحوث الصيدلانية، وخاصة في مكافحة الأمراض المعدية والأمراض الجينية، وفي تطوير اللقاحات.
- تطوير الطب الشخصي، بحيث تتكيف العلاجات مع الجينات التي يتفرد بها كل شخص.
- تطوير العديد من العلاجات المتقدمة كالعلاج الجيني.
- تطوير محاصيل زراعية أقوى تكون قادرة على مقاومة الجفاف والآفات الحشرية، عن طريق الاستفادة من البيانات الجينومية الخاصة بالنباتات.
المعلوماتية الحيوية الطبية
تُعد المعلوماتية الحيوية الطبية علمًا ناشئًا جديدًا يجمع بين المعلوماتية الحيوية، والمعلوماتية الطبية، وتكنولوجيا المعلومات والرياضيات والعلوم التكنولوجية العلمية الأخرى كعلم البروتين، وعلم الجينوم، وعلوم الأيض، و علوم الأدوية ، وغيرها من العلوم المهمة.
منذ منتصف القرن العشرين، تم اقتراح استخدام المعلوماتية الحيوية في علم السموم السريرية الطبية والعلوم السرطانية، ليصبح بالإمكان تطوير العديد من العلاجات الجينية للمرضى بشكل مستهدف، وتطوير الأدوية بشكل خاص للأفراد طبقًا للجينوم الخاص بهم.
