Zita handi organikoa deszifratzen duten etorkizuneko jendeaz ari gara. Azken bi hamarkadetan, analiza daitezkeen datu biologikoen kopurua askotan hazi da giza genomaren deszifraketaren ondorioz. Ordura arte, ezin genuen imajinatu, gure odolean literalki gordetako informaziotik, gure jatorria zehaztea, gorputzak sendagai batzuei nola erantzungo zien egiaztatu eta gure herentzia biologikoa ere aldatzea posible zenik.
Artikulu hau eta beste batzuk lehenengoan agertzen dira gure webgunean. Gozatu irakurtzen.
Batez besteko bioinformatikariaren ezaugarriak programatzaile batenak bezalakoak dira: begi gorriak, jarrera makurtua eta kafe-tapa markak mahaigainean. Dena den, taula hau ez da algoritmo eta komando abstraktuetan lan egiten, naturaren kodean bertan baizik, eta horrek gutaz eta gure inguruko munduaz gauza asko esan ditzake.
Arlo honetako espezialistek datu kopuru handiak jorratzen dituzte (adibidez, pertsona baten genoma sekuentziatzearen emaitzek 100 gigabyte inguru hartzen dute). Hori dela eta, informazio sorta hori prozesatzeko Datuen Zientziaren ikuspegiak eta tresnak behar dira. Logikoa da bioinformatika arrakastatsu batek biologia eta kimika ez ezik, datuak aztertzeko metodoak, estatistikak eta matematikak ere ulertzea; horrek bere lanbidea nahiko arraroa eta eskaria egiten du. Espezialista horiek bereziki beharrezkoak dira medikuntza berritzailearen eta sendagaien garapenaren arloetan. IBM eta Intel bezalako erraldoi teknologikoak bioinformatikaren azterketari eskainia.
Zer behar da bioinformatika izateko?
- Biologia eta Kimika (unibertsitate maila);
- Matstat, aljebra lineala, probabilitate teoria;
- Programazio lengoaiak (Python eta R, askotan C++ erabiliz);
- Egiturazko bioinformatikarako: analisi matematikoaren ulermena eta ekuazio diferentzialen teoria.
Bioinformatikaren arloan sar zaitezke bai oinarri biologikoarekin, bai programazio eta matematikaren ezagutzarekin. Lehenengoentzat, prest dauden programa bioinformatikoekin lan egitea egokia da, bigarrenarentzat, espezialitatearen profil algoritmikoagoa.
Zer egiten dute bioinformatikoek?
Bioinformatika modernoa bi adar nagusitan banatzen da: bioinformatika estrukturala eta sekuentzia bioinformatika. Lehenengo kasuan, ordenagailu baten aurrean eseri eta objektu biologikoak (adibidez, DNA edo proteinak) aztertzen laguntzen duten programak exekutatzen dituen pertsona bat ikusiko dugu 3D bistaratzeetan. Botika-molekula batek proteina batekin nola interakzionatuko duen, proteina baten egitura espaziala zelula batean nolakoa den, molekula baten zein propietate azaltzen duten egitura zelularrekin dituen elkarrekintzak, etab.
Egiturazko bioinformatika-metodoak aktiboki erabiltzen dira bai zientzia akademikoan, bai industrian: zaila da imajinatzea horrelako espezialistarik gabe geratzen den farmazia-enpresa bat. Azken urteotan, informatika-teknikek asko erraztu dute balizko sendagaiak aurkitzeko prozesua, eta, ondorioz, garapen farmazeutikoa askoz prozesu azkarragoa eta merkeagoa bihurtu da.
SARS-CoV-2 RNAren menpeko RNA polimerasa (ezkerrean) eta RNA duplexarekin duen lotura.
Zer da genoma bat?
Genoma organismo baten herentziaren egiturari buruzko informazio guztia da. Ia izaki bizidun guztietan, genomaren eramailea DNA da, baina badaude beren herentziazko informazioa RNA moduan transmititzen duten organismoak. Genoma gurasoengandik seme-alabei pasatzen da, eta transmisio prozesu honetan akatsak gerta daitezke - mutazioak.
Remdesivir sendagaiaren elkarreragina SARS-CoV-2 birusaren ARN-menpeko RNA polimerasarekin.
Sekuentzia bioinformatikak materia biziaren antolakuntza maila altuago batekin lan egiten du: nukleotido indibidualetatik, DNA eta geneetatik, genoma osoetara eta haien arteko konparaketarekin.
Imajinatu pertsona bat bere aurrean alfabetoko letra multzo bat (baina ez sinplea, genetikoa edo aminoazidoa) ikusten eta horietan ereduak bilatzen dituena, estatistikoki azalduz eta konfirmatuz, metodo informatikoak erabiliz. Sekuentzia bioinformatikak azaltzen du zein mutazio dagoen gaixotasun bati lotuta edo zergatik metatzen diren substantzia kaltegarriak gaixoaren odolean. Datu medikoez gain, sekuentzia bioinformatikak organismoen banaketa-ereduak aztertzen ditu lurrean zehar, animalia taldeen arteko populazio-desberdintasunak eta gene espezifikoen eginkizunak eta funtzioak. Zientzia horri esker, sendagaien eraginkortasuna probatu eta haien ekintza azaltzen duten mekanismo biologikoak azter daitezke.
Esaterako, bioinformatika-analisiari esker, fibrosi kistikoa garatzen duten mutazioak aurkitu eta deskribatu ziren, kloruro-kanaletako baten genearen matxura batek eragindako gaixotasun monogenikoa. Eta orain askoz hobeto dakigu nor den gizakiaren senide biologikorik hurbilena eta gure arbasoak planetan nola kokatu ziren. Gainera, pertsona bakoitzak, bere genoma irakurrita, bere familia nondik datorren eta zein talde etnikokoa den jakin dezake. Atzerritar ugari, ) eta errusiera (, ) zerbitzuek zerbitzu hau prezio nahiko baxuan (20 mila errublo inguru) lortzeko aukera ematen dute.
MyHeritage-ko leinu eta populaziorako DNA proben emaitzak.
23andMe enpresako biztanleria afiliatzeko DNA probaren analisiaren emaitzak.
Nola irakurtzen da genoma?
Gaur egun, genomaren sekuentziazioa edonori kostatuko zaion ohiko prozedura da mila errublo (Errusian barne). Zure genoma irakurtzeko, zain batetik odola ematea besterik ez duzu behar laborategi berezi batean: bi asteren buruan prest egindako emaitza jasoko duzu zure ezaugarri genetikoen deskribapen zehatzarekin. Zure genomaz gain, hesteetako mikrobiotaren genomak azter ditzakezu: zure digestio-aparatuan bizi diren bakterioen ezaugarriak ezagutuko dituzu, baita nutrizionista profesional baten aholkuak ere.
Genoma hainbat metodoren bidez irakur daiteke, gaur egun nagusietako bat "hurrengo belaunaldiko sekuentziazioa" deritzona da. Prozedura hau egiteko, lehenik lagin biologikoak lortu behar dituzu. Gorputzeko zelula guztietan, genoma berdina da, beraz, gehienetan odola hartzen da genoma irakurtzeko (hau da errazena). Ondoren, zelulak hautsi eta DNA bereizten dute beste guztia. Ondoren, lortzen den DNA zati txiki askotan birrindu eta haietako bakoitzari egokitzaile bereziekin "josi" egiten da -artifizialki sintetizatutako nukleotido-sekuentzia ezagunak-. Ondoren, DNA-kateak bereizten dira, eta kate bakarreko kateak plaka berezi bati lotzen zaizkio egokitzaileen laguntzaz, eta horren gainean sekuentziazioa egiten da. Sekuentziazioan, fluoreszentez markatutako nukleotido osagarriak gehitzen zaizkio DNA sekuentziari. Etiketatutako nukleotido bakoitzak, atxikita dagoenean, uhin-luzera jakin bateko argi-sorta bat igortzen du, eta ordenagailu batean grabatzen da. Beraz, ordenagailuak jatorrizko DNAren sekuentzia laburrak irakurtzen ditu, eta gero jatorrizko genoman muntatzen dira algoritmo bereziak erabiliz.
Sekuentzia bioinformatikoek lan egiten duten datuen adibide bat aminoazidoen sekuentzien lerrokatzea da.
Non egiten dute lan bioinformatikariak eta zenbat irabazten dute?
Bioinformatikaren bidea tradizionalki bi arlo nagusitan banatzen da: industria eta zientzia. Bioinformatikako zientzialari gisa karrera graduondoko postu batekin hasten da normalean erakunde nagusietako batean. Hasieran, bioinformatikoek oinarrizko tasa bat jasotzen dute beren erakundearen, parte hartzen duten diru-laguntzen kopuruaren eta afiliazio kopuruaren arabera βformalki lan egiten duten lekuetanβ. Denborarekin, diru-laguntza eta afiliazio kopurua hazten da, eta inguru akademikoan urte pare bat lan egin ondoren, arazorik gabeko bioinformatika batek batez besteko soldata jasotzen du (70-80 mila errublo), baina arduraren eta arduraren araberakoa da asko. Esperientzia handieneko bioinformatikariek beren laborategiak zuzentzen dituzte beren espezializazio arloetan.
Non ikasten duzu bioinformatika?
- Moskuko Estatuko Unibertsitatea - Bioingeniaritza eta Bioinformatika Fakultatea
- HSE - Datuen Analisia Biologian eta Medikuntzan (Master Programa)
- MIPT - Bioinformatika Saila
- Bioinformatika Institutua (NPO)
Akademia batean ez bezala, industrian inork ez du denbora emango langile bati beharrezko gaitasunak irakasten, beraz, normalean zailagoa da bertara iristea. Industriako bioinformatikariaren ibilbidea asko aldatzen da bere espezialitatearen eta lantokiaren arabera. Batez beste, arlo honetako soldatak gorabeherak izaten dituzte mila errublo, esperientziaren eta espezializazioaren arabera.
Bioinformatika nabarmenak
Bioinformatikaren historia Frederick Sangerrek, 1980an Kimikako Nobel Saria jaso zuen zientzialari ingelesari, DNA sekuentzia bat irakurtzeko modua aurkitzeagatik. Harrezkero, urtero hobetu egin dira sekuentziak irakurtzeko metodoak, baina "Sanger sekuentziazioaren" metodoa oinarri izan da arlo honetako ikerketa gehiago egiteko.
Bide batez, Errusiako zientzialariek bereziki sortutako programa asko mundu osoan oso erabiliak dira gaur egun, adibidez, muntatzaile genomiko bat. , - San. San Petersburgoko Institutuan sortutako San Petersburgoko genoma muntatzaileak mundu osoko zientzialariei laguntzen die DNA sekuentzia laburrak sekuentzia handietan muntatzen, organismoen jatorrizko genomak berreraikitzeko.
Bioinformatikaren aurkikuntzak eta lorpenak
Gaur egun, bioinformatikoek aurkikuntza baliagarri asko egiten dituzte. Ezinezkoa izango litzateke koronavirusaren aurkako botiken garapena imajinatu bere genoma deszifratu gabe eta gaixotasunaren garapenean gertatzen diren prozesuen azterketa bioinformatika konplexurik gabe. Nazioartekoa zientzialariek genomika konparatiboa eta ikaskuntza automatikoa erabiltzen dituzte koronavirusek beste patogeno batzuekin zer duten komunean ulertzeko.
Ezaugarri horietako bat birus patogenoen lokalizazio nuklear-seinaleen (NLS) hobekuntza ebolutiboa da. Ikerketa honek etorkizunean gizakientzat kaltegarriak izan daitezkeen birusen anduiak aztertzen lagun dezake, eta, seguru asko, prebentziozko botikak garatzen hasteko.
Gainera, bioinformatikoek funtsezko zeregina izan dute genoma editatzeko teknika berrien garapenean, bereziki CRISPR/Cas9 sistema (sistema immunean oinarritutako teknologia). ). Proteina horien egituraren eta haien garapen ebolutiboaren azterketa bioinformatikoari esker, sistema honen zehaztasuna eta eraginkortasuna nabarmen handitu da azken urteotan, eta horri esker, organismo askoren (gizakien barne) genomak nahita editatu ahal izan dira.
Bilatutako lanbide bat hutsetik edo Level Up lor dezakezu gaitasunei eta soldatari dagokionez, SkillFactory lineako ikastaroak osatuz:
Ikastaro gehiago
Iturria: www.habr.com