Молекулалық биология және генетика кафедрасы Биоинформатика: молекулалық биология, пробирка мен компьютер арасындағы байланыс
Жоспар: I. Кіріспе II. Негізгі бөлім 1. Биоинформатика ұғымы. 2. Зерттеу мақсаты 3. Биоинформатиканың міндеттері. 4. Негізгі биоинформациалық бағдарламалар. 5. Геномдардың аннотациясы. 6. Генетикалық жүйеліктің талдауы. III. Қорытынды Пайдаланған әдебиеттер
Биоинформатика : молекулалық биологияның тәжірибелік мәліметтерін, биополимерлердің секвенирленген реттілігін, биологиялық макромолекулалардың белгілі тәжірибелік-кеңістіктік құрылысын, гендер экспрессиясы жайлы мәліметтерді талдаумен және т. с. с. барлық биологиялық ақпараттарды өңдеу жұмыстарымен айналысатын молекулалық биологияның бір саласы ретінде қалыптасты. Биоинформатика мәліметтер қорын ұйымдастыру әдістері, қолданбалы математика, компьютерлік және статистикалық санау әдістері негізінде жұмыс жасайды.
Биоинформатика адам геномын кодтаумен айналысатын ғылыми бағыт систематикалық биология есептеуші молекулалық биология макромалекула құрамын тез анықтау арқылы дәрілік препараттар жасау секвенирлеу арқылы ақпаратты өндеу және геном анализін жүргізу. геномдарды салыстыру (BLAST), ДНК-ның жүйелік реттігін талдау биологиялық жүйелердегі(жасуша, мүше, организм, популяция) ақпараттық процесстерді зерттеу. ақуыздардың кеңістік құрылымын болжау үшін алгоритмдер мен бағдарламаларды жасап шығару мықты компьютерлік жүйе арқылы жүзеге асатын зерттеу
Биоинформатика Курылымдык генетика Генетика Биоинформатика Фармакогенетика Протеомика Функционалдык генетика
Биоинформатика бағыттары Салыстырмалы геномикадағы компьютерлік талдаудың тәсілдері (геномдық биоинформатика). Ақуыздардың аумақтық құрылымын алдын ала жорамалдау үшін алгоритм мен бағдарламаны құрастырып шығару (құрылымдық биоинформатика ). Қолданбалы математика, статистика мен информатиканың әдістерін биоинформатикада қолданады. Есептеуіш биологиядағы зерттеулер кейбір жағдайларда жүйелік биологиямен сәйкестенеді. Есептеуіш биология көптеген жағдайларда алгоритмдерді зерттеп табуға, сонымен қатар нақты есептеп табу тәсілдеріне негізделген.
Биоинформатиканың негізгі міндеттері Тиімді компьютерлік әдістерді қолданып молекулалық биологиядағы мәселелерді шешу Биологиялық үрдістерді компьютер арқылы бақылау. Биологиялық ақпарат алу мақсатында биологиялық макромолекулалардың (белоктар, нуклеинқышқылдары) құрылымы туралы тәжірибелік деректерді компьютерлік талдау
Зерттеу мақсаты ДНК – бұл молекула-мәтін. Ондағы нуклеотидтер тізбегінде организмнің барлық тұқымқуалау бағдарламасы жазылған. Ал бұл саладағы ғалымдардың зерттеудегі негізгі мақсаты сол молекулалық мәтінді(геномды) оқып талдау негізінде ақуыздардың құрылымын болжау және моделдеу, олардың функцияларын, мутацияларын зерттеп, зерттеу нәтижелерін медицинада көптеген ауруларды диагностикалауда, яғни олардың этиологиясы мен патогенезін анықтауда, тұқымқуалайтын ауруларды алдын ала болжауда, фармакалогияда әсер ету тиімділігі жоғары дәрілер жасауда және т. б. мүдделерді жүзеге асыруда кеңінен қолдану.
Зерттеу мақсаты және қолданылу аймақтары v Биоинформатика және де оның тәсілдері биохимияда, биофизикада, экологияда сондай-ақ басқа салаларда да пайдаланылады. Биоинформатика жобаларындағы негізгі жол - бұл эксперимент арқылы алынған ДНК мен ақуыздардың құрылымы туралы мәліметтерді өте көлемді және де «шулы» жерлерден пайдалана отырып ақпаратты алу үшін математикалық құрал- тәсілдерді пайдалану. v Маңызды биологиялық ақпаратты алу мақсатында биологиялық макромолекулалардың құрылымы бойынша тәжірибелік мәліметтерді өңдеу үшін компьютерлерді пайдаланады. Осы салада зерттеушілердің негізгі күштері геномдарды оқып білу, ақуыздардың құрылымын талдау мен болжамдауға, ақуыз молекулаларының бірімен сонымен қатар басқа молекулалармен қосылуын талдау және болжам беру соның ішінде эволюцияны қайта жақсарту жағына жұмыстары бағытталған.
Биоинформациалық зерттеулердің негізгі принциптері Геномика Биоинформатика Геномның біріншілік тізбегі Геномды таңбалау Геном құрылымы Гендер классификациясы Геннің функциялары Нысананы таңдау Потенциалды нысана - гендер/белоктар Дәрілерді конструкциялау
Биоинформатиканың міндеттері. Биологиялық жүйелердегі(жасуша, мүше, организм, популяция) ақпараттық үрдістерді зерттеу. Компьютерлік ғылымға ақпаратты талдаудың «биологиялық» әдістерін енгізу және зерттеу. Үлкен көлемді биологиялық ақпараттарды талдау үшін алгоритмдерді жасау. – Геномдағы гендерді іздеу алгоритмі Биологиялық ақпараттарды, яғни нуклеотидттер мен аминқышқылдар тізбегін, ақуыздар молекуласының құрылымын, ақуыз молекуласының басқа молекулалармен кешенінің құрылымын талдау – Ақуыздың белсенді орталықтарының құрылымын оқу Биологиялық ақпараттарды талдаудағы және басқарудағы бағдарламалық қамтамасыз ету. – Аминқышқылдық реттілікттің деректік қорын құру
Негізгі биоинформациалық бағдарламалар ACT (Artemis Comparison Tool) — Геномды талдау Arlequin — Популяция – генетикалық мәліметтердің талдауы Bio. Edit — нуклеотидті және аминқышқылдық жүйелік реттіліктердің көптік түзетудің редакторы BLAST — нуклеотидті және аминқышқылдық жүйелік реттіліктердің мәліметтер қоймасында туыс болатын жүйелік реттіліктерді табу, геномдарды салыстыру. Clustal. W, Jal. View — нуклеотидті және аминқышқылдық жүйелік реттіліктердің көп сандылығын бір деңгейге түзету Dna. SP — ДНК –лы жүйелік реттілік полиморфизмін талдау Genepop — популяция-генетикалық талдау Genetix — популяция-генетикалық талдау (француз тілінде ғана бағдарламаға кіру мүмкіндік береді) Modeller- белоктар құрылысын моделдеу программасы. Белоктар құрылысын салыстырмалы түрде моделдейді. Auto Dock- бұл программа арқылы дәрілік препараттардың ағзаға қалай әсер етуін 3 Д құрылымда көруге болады MEGA — молекулалы - эволюциялы- генетикалық талдау
Нуклеотидтер қатарын анықтау 1970 ж. соңында ДНҚ-дағы нуклеотидтер қатарын анықтау тәсілі ұсынылды . . . TGCCACAAATCAC. . . Зерттеуге алынған жасуша Организм Секвинирлеу Пробирка дағы ДНҚ Нуклеотидтер қатары
Нуклеотидтердің реттілігін салыстыру
Генетикалық алгоритмдерді пайдаланып жүрген компьютерлі ғылымдардағы кешенді компьютерді эволюциялық биологиямен шатастырмау керек. Алгоритмдер мен есептерді жақсарту үшін мамандырылған бағдарламалық қамтамасыздандыру осы салада пайдаланады және де ол эволюциялық принциптерге негіздейді және табиғи айырымдардың өмір сүруін көздейді.
Геномдардың аннотациясы Геномика тұрғысынан аннотация - бұл гендерді маркалау және де басқа объектілердің ДНК-лық жүйелік реттілігін жүргізу процесі. Геном аннотациясының бірінші бағдарламалық жүйесі 1955 жылы Оуэн Уайтпен (англ. Owen. White) құрылған еді. Организміндегі Haemophilus influenzae атты бактерияның геномын секвенирлеу және талдау жүргізу барысында дәрігер Уайт гендерді т. РНК мен басқа ДНК-ның объектілерін табу үшін жүйе құрды және де әрі қарай бұл гендердің функцияларына бірінші белгілер қойды. Көптеген заманауи жүйелер осы жүйемен жұмыс істеуде, бүгінгі таңда бұл бағдарламалар үнемі жақсарып, дамып, нағая түсуде. Мысал ретінде, “Алтын стандарт” аннотациясы.
Генетикалық жүйелік реттілік зерттеудің негізгі аймақтары Биоинформатикадағы ең басты мәселелердің бірі - бұл секвенирлеу арқылы аса көп мөлшерде түсетін ақпаратты өндеу. Phi-X 174 фаг 1997 жылы секвенирленген, содан бері организмдердің көптен көп ДНК-лық жүйелік реттіліктердің қайта шифрлері алынып әрі қарай ақпараттық қоймаға енгізілді. Бұл ақпараттарды ақуыздардың жүйелік реттіліктерін және регуляторлы аймағын анықтау үшін пайдаланылады. Бір немесе әр түрлі шенбердегі гендерді салыстыру кезінде ақуыздар функцияларының біріне ұқсастығы немесе түрлерінің арасындағы қарымқатынастығын анық көруге болады (сонымен осылайша филогенетикалық ағаштар құрастырылуы мүмкін). Ақпараттық мөлшердің өсуінен бұрыннан қолма-қол арқылы жүйелік реттілікті талдау мүмкін емес еді. Қазіргі танда нуклеотидтердің екі дана болып қосарланып жүретін миллиардтан астам санынан құрылатын геномдары бойынша мыңдаған организмдерді іздеу үшін компьютерлік бағдарламалар қолданылады.
Генетикалық жүйелік реттіліктер Бағдарламалар геномның әр түріндегі ДНК-ға ұқсасты жүйелік реттіліктерді бір келкі түрде салыстырып (туралатып) қоя алады; көптеген жағдайларда мұндай жүйелік реттіліктер өте жиі ұқсас функцияларды өзімен ала жүреді, сонымен қатар айырмашылықтар кішігірім мутациялар нәтижесінде соның ішінде әр бір нуклеотидтерді ауыстыру сияқты, нуклеотидтерді қосу және де олардың «түсіп қалу» (делеция) негізінде пайда болады Осындай түзету нұсқалардың бірі секвернирлеу процесінің өзінде қолданылады. «Дробты секвенирлеу» атты техникалық құрал (мысалы ол Гендік Зерттеу Институтымен Haemophilusinfluenzae осылайша аталатын бірінші бактериалды геномды секвернирлеу үшін қолданылған) Нуклеотидтердің толық жүйелік реттіліктің орнына ДНКнің қысқаша фрагменттерінің жүйелік реттіліктерін көрсетіп отырады (әр қайсысының ұзындығы 600 -800 нуклеотидтер шамасында). Фрагменттердің соңғы ұштары біріне басыла береді де өзінің тұрысында біріктірілген болып толық бір геномды тұтас береді. Мұндай тәсіл секвенирлеу нәтижелерін тез арада беріледі, бірақ та үлкен геномдар үшін едәуір ауыр есеп болуы мүмкін. Бір жобада адам геномын ашып талдау кезінде оны қайта жинау жұмысы компьютерлік уақытпен бірнеше айға созылды. Қазіргі кезде бұл тәсіл толық барлық геномдар үшін қолданылады. Геномдарды жинау алгоритмі бүгінгі таңда биоинформатиканың ең аса күрделі де маңызды мәселелерінің бірі болып тұр.
Генетикалық жүйеліктің талдауы Биоинформатика геномдық және протеомдық жобаларды қосуға мүмкіндік береді. Ақуыздарды идентификациялау үшін ДНК-ның жүйелік реттілігін пайдалану. Мысалы компьютерлік талдаудың жүйелік реттілігін қолданған кездегі гендер мен геном ішіндегі регуляторлық жүйелік реттіліктерді автоматты түрде табу, іздеу болып саналады. Геномдағы барлық нуклеотидтер ақуыздардың кезекшіліктеріне есеп беру үшін пайдаланылмайды. Мысалы, жоғарғы организмдердің геномдарында ДНК-ның үлкен сегменттері нақты түрде ақуыздарды кодировкадан өткізбейді де және олардың функционалды қызметін белгісіз қылып көрсетеді. Геномның аймағындағы кодировка жасайтын ақуыздарды анықтау үшін алгоритмді жасап табу заманауи биоинформатиканың басты мәселелерінің бірі болып табылады
Қорытынды Бүгінгі таңда биоинформатика қарқынды түрде дамуда. Көптеген жаңа мүмкіндіктерге ие программалар қолданысқа енуде. Биоинформатиканың жетісітіктері бұл саладағы адамдардың жұмысын жеңілдетіп, уақыттын үнемдеуде. Ауруларды диагностикалауда, тиімді емтағайындауда Фармокология саласында кеңінен қолданылуда. Биохимияда, биофизикада, экологияда және де басқа да аймақтарда колданылып жүр.
Пайдаланған әдебиеттер: 1. http: //biomediale. nccakaliningrad. ru/? blang=ru&author=gelfand 2. http: //google. ru 3. http: //www. vechnayamolodost. ru/pages/drugienaukiozhizni/mol bikobi 1 a. html 4. http: //www. rusbiotech. ru/2003/old/bio_lab. html 5. http: //serjramone. ax 3. net/var/176 ----. html 6. Қуандықов Е. Ө. , Аманжолов. Л. Е. Молекулалық биология негіздері 7. “Геномные технологии в медицине и медицинское образование на рубеже веков” Каз. НМУ им. С. Д. Асфендиярова. 2006 ж 8. Большая энциклопедия Эрудита. 2005 ж
Скачать презентацию Молекулалық биология және генетика кафедрасы Биоинформатика молекулалық биология
Bioinformatika_molekulaly_1179_biologia_probirka_men_kompyuter_arasynda_1171_y_baylanys (1).ppt