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.
[1]
. Bioinformatika asosan kompyuter usullarini oʻrganish va ishlab
chiqishni oʻz ichiga oladi va biologik maʼlumotlarni olish, tahlil qilish, saqlash,
tartibga solish va vizualizatsiya qilishga qaratilgan.
[2]
. 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 Bioinformatika
biologiyaning koʻplab sohalarining muhim qismiga aylandi. Bioinformatikaning
tahlil usullari ushbu soha rivojlanishidan oldin deyarli imkonsiz boʻlgan katta
hajmdagi
eksperimental
maʼlumotlarni
sharhlash
imkonini
beradi. Genetika va genomika sohasida bioinformatika genomlarning funksional
annotatsiyasi, mutatsiyalarni aniqlash va tahlil qilishda yordam beradi. Bularning
ichida muhim vazifalarnig biri gen ekspressiyasi va uni tartibga solish usullarini
oʻrganishdir. Bundan tashqari, bioinformatika dasturlari genomik maʼlumotlarni
solishtirish imkonini beradi, bu molekulyar evolyutsiya qonuniyatlarini oʻrganishga
imkon tugʻdiradi. Umuman olganda, bioinformatika tizim biologiyasining muhim
qismi boʻlgan biokimyoviy yoʻllar va tarmoqlarni tahlil qilish va kataloglashda
yordam beradi. Strukturaviy biologiyada u DNK, RNK va oqsil tuzilmalarini,
shuningdek molekulyar oʻzaro taʼsirlarni modellashtirishda yordam beradi. Biologik
maʼlumotlarni qayta ishlash sohasidagi soʻnggi yutuqlar biomeditsina sohasida
sezilarli oʻzgarishlarga olib keldi. Bioinformatikaning rivojlanishi tufayli olimlar
irsiy va orttirilgan kasalliklarning asosiy molekulyar mexanizmlarini aniqlashga
muvaffaq boʻlishdi, bu esa samarali davolash usullarini ishlab chiqishga va
kasalliklarni tashxislash uchun aniqroq testlarni ishlab chiqishga yordam beradi.
[3]
.
Bemorlarga dori vositalarining samaradorligi va salbiy taʼsirini bashorat qilishga
imkon beruvchi tadqiqot yoʻnalishi farmakogenetika deyiladi. Farmakogenetikaning
asosi bioinformatika usullariga tayangan.
DNK va oqsil ketma — ketliklari
DNK va oqsil ketma — ketliklari aniqlanishining bioinformatika fani tarixida 1950-
yillardagi yutuqlardan kuzatish mumkin. 1953 — yil fevral oyida Watson va
Crick DNK molekulasining modelini taklif qilishdi va 1953 — yil may oyida
ular Nature jurnalida genetik maʼlumot kodining tashuvchisi sifatida DNK
molekulyasiga oid maqola chop etishdi.
[4]
. Shuningdek, 1950-yillarning oxirida
Sanger birinchi oqsil ketma-ketligini, insulinni nashr etdi.
[5]
,
[6]
. Aminokislotalar
ketma-ketligini aniqlashning eng koʻp qoʻllaniladigan usuli — Edman degradatsiya
usuli, uning asosiy kamchiligi uzun oqsil ketma-ketligini olishda qiyinchilik
tugʻdiradi. Nazariy tarafdan har bir reaktsiya uchun maksimal 50-60 aminokislota
toʻgʻri keladi. Bu muammoning yechimini amerikalik olim va fizik kimyogar
Margaret Dejhoff (1925-1983) kompyuter dasturlaridan faol foydalangan holda va
ularni biologiya va tibbiyot sohalarida qoʻllash imkoniyatlarini ishlab chiqqan. U
1962-yilda Edman peptid sekvensiyasi maʼlumotlaridan foydalangan holda
oqsilning birlamchi tuzilishini aniqlash dasturi boʻlgan COMPROTEINni ishlab
chiqdi.
[7]
. COMPROTEIN-da aminokislotalar ketma-ketligini kiritish va chiqarish
uch harfli qisqartmalarda taqdim etilgan. Oqsil ketma-ketligi maʼlumotlarini qayta
ishlashni soddalashtirish uchun Dayhoff keyinchalik bugungi kunda ham
qoʻllaniladigan bir harfli aminokislota kodini ishlab chiqdi. Dayhoffning ushbu
sohaga qoʻshgan hissasi shunchalik kattaki, Milliy Biotexnologiya Axborot
Markazining (NCBI) sobiq direktori Devid J. Lipman uni „bioinformatikaning onasi
va otasi“ deb atagan.
[8]
.
Yangi oqsil ketma-ketliklarining toʻplanishi bilan ularda baʼzi nuqsonlar kuzatila
boshlandi. Masalan, Tsukerkandl va Pauling umurtqali hayvonlarning ortologik
oqsillari (masalan, gemoglobin) konvergent evolyutsiya natijasi boʻlishi uchun juda
koʻp ketma-ketlik oʻxshashligini koʻrsatishini aniqladilar. Yangi evolyutsion
farazlarni tasdiqlash uchun yangi matematik va kompyuter usullari kerak edi.
[9]
.
Oqsil ketma-ketliklarini juftlik bilan aniqlash uchun birinchi dinamik dasturlash
algoritmi 1970 — yilda Needleman va Wunsch tomonidan ishlab chiqilgan. Bir
nechta ketma-ketlikni aniqlash algoritmlari ancha keyin paydo boʻldi: birinchi
amaliy algoritm 1987 — yilda Da-Fei Feng va Russell F. Duolittle tomonidan ishlab
chiqilgan.
[10]
. Uning soddalashtirilgani CLUSTAL algoritmi bugungi kunda ham
qoʻllanilmoqda. Bundan tashqari, 1978 — yilda Dayhoffni oʻz ichiga olgan bir
guruh olimlar 85 % dan ortiq oʻziga xoslikka ega boʻlgan 71oqsil oilasining
filogenetik daraxtlarini tuzishdi va unda nuqtali mutatsiyalarni (PAMs) kuzatish
asosida birinchi almashtirish modelini yaratdilar. Natijada, aminokislotalarni
almashtirish ehtimoli qiymatlarini oʻz ichiga olgan matritsa olindi.
[11]
.
|
