Genomika: organizmlarning
genomlari
va
ularning
funktsiyalarini
o'rganadigan fan.
7
Proteomika: oqsillarning tuzilishi va funktsiyasini o'rganish.
Transkriptomika: gen faolligi va RNK ifodasini o'rganish.
Metabolomika: organizmlardagi metabolik jarayonlar va molekulalarni
o'rganish.
Farmakogenomika: genlar va dorilarning o'zaro ta'sirini o'rganish.
Bioinformatika, shuningdek, biologik ma'lumotlarni tahlil qilish va sharhlash
uchun turli xil vositalar va dasturlarni ishlab chiqish va ulardan foydalanishni o'z
ichiga oladi. Bu qiyosiy genomik tahlil uchun algoritmlarni ishlab chiqish, oqsil
tuzilishini bashorat qilish, DNK va RNK ketma-ketligini tahlil qilish va
boshqalarni o'z ichiga olishi mumkin.
Bioinformatika zamonaviy biologiya fanida muhim o‘rin tutadi va tibbiyot,
qishloq xo‘jaligi, ekologiya va biotexnologiyani o‘z ichiga olgan keng ko‘lamli
qo‘llanmalarga ega. U olimlarga murakkab biologik tizimlarni tushunish va
kasalliklarni o'rganish va davolash uchun yangi usul va yondashuvlarni ishlab
chiqishda yordam beradi.
Bioinformatika biologiya sohasining quyidagi yo‘nalishlarida qo‘llaniladi:
o genomika, transkriptomika va proteomika;
o rivojlanish biologiyasida kompyuter modellashtirish;
o gen tarmoqlarining kompyuter tahlili;
o populyatsion genetikada modellashtirish.
Bioinformatika dori preparatlarini loyihalashtirish muddatini 5-6 yildan bir necha
oylarga qisqartish imkoniyatini yaratib farmakologiya sohasiga ham osongina kirib
bordi. Shuningdek, bu fan ko‘plab boshqa tibbiyotga va biologiyaga oid fanlar
bilan integratsiyalandi. Bugungi kunda bioinformatikaning qo‘yidagi bo‘limlari
mavjud:
o umumiy bioinformatika;
o klinik bioinformatika;
o strukturaviy genomika;
o funktsional genomika;
8
o farmakogenomika;
o klinik proteomika;
o funktsional proteomika;
o strukturaviy proteomika.
Bioinformatika usullari yordamida katta hajmdagi biologik ma‘lumotlarni
shunchaki tahlil qilish emas, balki har doim ham oddiy tajribalarda aniqlab
bo‘lmaydigan qonuniyatlarni isbotlash, genlar va ular kodlaydigan oqsillar
funksiyalarini bashorat qilish, hujayradagi genlarning o‘zaro ta‘siri modelini
qurish, dori preparatlarini yaratish mumkin. Bu ma‘lumotlar oqsil ketma
ketliklarini va regulyator uchastkalarni aniqlash uchun foydalaniladi. Ma‘lumotlar
miqdorining ko‘payishi bilan endi ketma-ketliklarni qo‘lda tahlil qilish mumkin
bo‘lmay qoldi. Hozirgi kunda milliardlab juft nukleotidlardan tashkil topgan
minglab organizmlar genomlari bo‘yicha qidiruvlar olib borish uchun kompyuter
dasturlaridan foydalaniladi.
Yirik genomlar uchun DNK fragmentlarini yig‘ish yetarli darajada qiyin
vazifalardan hisoblanadi. Bu usul hozirda qariyb barcha genomlar uchun
qo‘llaniladi va genomlarni yig‘ish algoritmlari bioinformatika sohasida bugungi
kunning dolzarb muammolaridan biri sanaladi. Genomda genlarni va regulyator
elementlarni avtomatik tarzda qidirish genetik ketma-ketliklarga kompyuter
tahlilini qo‘llashda yana bir misol bo‘la oladi.
Genomika kontekstida annotatsiya - bu DNK ketma-ketligida genlami va
boshqa ob‘ektlarni markirovkalash nishonlash jarayonidir. Genomlar annotatsiyasi
birinchi dasturiy tizimi Owen White tomonidan 1955 yildayoq yaratilgan edi. Bu
orqali evolyutsion biologiya turlarning kelib chiqish va paydo bo‘lishini, ularning
davrlar bo‘yicha rivojlanishini o‘rganadi. Informatika evolyutsiyani o‘rganuvchi
biologlarga bir necha jihatlarda yordam berdi:
1) barcha DNK dagi o‘zgarishlarni o‘rgangan holda ko‘p sonli organizmlar
evolyutsiyalarini tadqiq qilishda;
2) yanada kompleks evolyutsion hodisalarni o‘rganish imkonini beruvchi
genomlarni bir-biriga taqqoslashda;
9
3) populyatsiyalar kompyuter modellarini qurishda;
4) ko‘p miqdordagi turlar haqida ma‘lumotni o‘z ichiga oluvchi nashrlarni sifatida
aniqlanishi mumkin. Ixtisoslashtirilgan dasturiy ta‘minot mahsulotlari qidirish,
vizualizatsiya qilish, axborotni tahlil qilish va eng muhimi, natijalarni boshqa
tadqiqotchilar bilan bo‘lishda foydalaniladi.
Hozirgi zamon ilmiy biologik adabiyotida bioinformatika bilan birgalikda
―hisoblash biologiyasi‖ iborasi ham uchrab turadi. Hisoblash biologiyasi - bu fan
sohasi emas, balki biologik jarayonlarni o‘rganish uchun kompyuterlardan
foydalanishga uslubiy yondashuv hisoblanadi. Garchi ―hisoblash biologiyasi‖
ko‘proq algoritmlar va aniq hisoblash usullarini ishlab chiqishlar bilan
shug‘ullansada hozircha ―bioinformatika‖ va ―hisoblash biologiyasi‖
iboralaridan tez-tez ma‘nodosh so‘zlar sifatida foydalanilmoqda. Hisoblash
biologiyasida foydalaniladigan barcha usullar ya‘ni, masalan, garchi biologik
vazifalar bilan bog‘liq bo‘lsada matematik modellashtirish - bu bioinformatika
hisoblanmaydi.
Bundan tashqari matematik biologiya ham mavjud bo‘lib, u ham
bioinformatika singari biologik muammolarni yechishda ishlatiladi, biroq unda
qo‘llaniladigan usullar natijasi son bilan ifodalanmaydi va ularni amalga oshirishda
dasturiy va jihoz ta‘minoti talab etilmaydi. Oqsillar fazoviy tuzilmalarini bashorat
qilishda ishlatiladigan algoritm va dasturlar ishlab chiqish bilan shug‘ullanuvchi
srukturaviy bioinformatika boshqalaridan ajralib turadi.
Zamonaviy biotexnologiya va bioinformatika fanlarining birgalikdagi
rivojlanishi natijasida individual genotiplarga mos ravishdagi dori preparatlarini
ishlab chiqarilishining yo’lga qo’yilishi organizmlarga uning individual holatidan
kelib chiqqan holatda yondashish imkonini beradi. Bu jarayonda bioinformatika
genotipning umumiy holatini uning nukleotidlar ketma – ketliklarini, yoki bu
genotipdagi mutatsiyalar o’rnini aniqlaydigan bo’lsa, biotexnologiya ayni genotip
uchun mos kelishi mumkin bo’lgan dori preparatini ishlab chiqadi.
“Biotexnologiya” tushunchasi jamlovchi bo’lib, ferment texnologiyasi,
immobillangan
mikroorganizmlar
yoki
enzimlardan
foydalangan
holda,
10
biofaktorlarni qo’llash, gen injeneriyasi, oqsil va immun texnologiyasi, hayvon va
o’simlik tipidagi hujayra kulturalaridan foydalanish texnologiyasini o’z ichiga
qamrab oladi.
Biotexnologiya – bu texnologik metodlarning majmuasi, shuningdek, dori
vositalarini ishlab chiqarish uchun tirik organizmlar va biologik jarayonlardan
foydalanuvchi gen injeneriyasi yoki tirik sistemalarni qo’llash va ularni qayta
ishlash haqidagi fan, shuningdek, biologik xarakterga ega notirik sistemalardan
texnologik jarayonlar va ishlab chiqarishda foydalanishdir.
Zamonaviy biotexnologiyaning rivojlanishida turli fanlar chegarasida paydo
bo’lgan bioinformatika fanining ham ahamiyati katta hisoblanadi. Chunki, biologik
polimerlarning
strukturaviy
darajalarini,
ularning
fazoviy
strukturalarini
tushuntirishda bioinformatika fanining ham hissasi kattadir.
Bioinformatika fanining tez sur’atlarda rivojlanib borishi bu fanning juda
ko’plab yo’nalishlardagi qo’llanilish doirasini oshirib bormoqda, jumladan turli
organizmlarning yangi tur va navlarini yaratishda ularning genomini o’rganishga
katta e’tibor beriladi. Bioinformatika aynan genomning strukturaviy asoslarini
o’rganuvchi fanlar sirasiga kiradi. Lekin, bioinformatika fanidan hozirgi kunda
asosan samarali ravishda foydalanilib kelinayotgan soha bu biologik
makromolekulalarning, jumladan ularning ketma-ketliklarining analizi bilan
bog’liq bo’lgan soha hisoblanadi.
Hozirgi kunda bioinformatika fani tomonidan biomolekulalarning ketma-
ketliklarini aniqlash bo’yicha ko’plab eksperimental usullar ishlab chiqilgan.
Biomolekulalar ya’ni oqsillar, nuklein kislotalarning ketma-ketliklarini analiz
qilish ularning tabiati haqidagi tasavvurlarning kengayishiga, ularning
funktsiyasini to’laqonli ravishda tushunishga, ularning fazoviy modellarni
yaratishga zamin yaratadi. Turli organizmlarga xos bo’lgan genomlarning
aniqlanishi, ularning vazifalarining o’rganilishi esa bu organizmlarning
evolyutsion kelib chiqishi haqidagi ma’lumotlarning yanada boyishiga olib keladi.
Zamonaviy fan sifatida yaqin yillarda paydo bo’lgan genomikaning tez
rivojlanishini birinchi tomondan DNK dagi nukleotidlar ketma-ketliklarining
11
aniqlanishi ya’ni sekvinirlanish usullarining takomillashib borishi bilan bo’lsa,
ikkinchi tomondan biomolekulalar ketma – ketliklari haqidagi juda katta hajmdagi
axborotlarning paydo bo’lishi natijasida ularni tahlil qilish uchun zarur bo’lgan
zamonaviy kompyuter usullarining yaratilishi bilan tushuntirish mumkin.
Ma’lumotlar bazasining yaratilishi va ularning intensiv ravishda to’ldirilishi
XX asrning 80-yillaridan boshlangan va juda tez sur’atlarda o’smoqda.
Dunyoda
proteomika,
oqsillar
strukturasi,
mutatsiyalar,
transgen
organizmlar, nuklein kislotalar va oqsillarning birlamchi strukturasi ma’lumotlar
bazalaridan tashqari gen injenerligi uchun vektorlar, nuklein kislotalarning
funktsional signallari, fermentlar, metabolik yo’llar va genetik xaritalarning
ma’lumotlar bazasi hamda bu sohalardagi tadqiqotlarda zarur bo’lgan dastur
ta’minotlari bo’yicha ham ma’lumotlar bazalari mavjud.
Bioinformatika fani biokimyo, molekulyar biologiya va biotexnologiya
fanlari singari o’rganish ob’ektlariga ega bo’lgan zamonaviy fan bo’lib, uning
tajribalari probirkada emas balki hisoblash texnikasi asosida amalga oshiriladi.
Bioinformatika bu makromolekula srukturasi orqali gendan tortib dori
preparatlarigacha bo’lgan oraliqni o’z ichiga oladi. Agarda oqsilning ketma –
ketliklari aniq bo’lsa bioinformatika fani yordamida bu oqsilning fazoviy
strukturasini va uning funktsiyasini aniqlash imkoni bo’ladi. Bioinformatika fani
turli fanlarning chegarasida paydo bo’lgan zamonaviy fan bo’lib barcha
tadqiqotlarini in silico sharoitda olib boradi. Bu fanni tushunish uchun kimyo,
biokimyo, informatika, biologiya kabi fanlarni va tadqiqotning zamonaviy
usullarini yaxshi bilish, shuningdek dasturlashni bilish talab etiladi. Zamonaviy
bioinformatikaning shug’ullanadigan masalalari qatoriga quyidagilarni kiritish
mumkin:
Aminokislotalar yoki nukleotidlar ketma – ketliklarining tahlilini amalga
oshirish, ularni taqqoslash;
Genomlarning strukturasini aniqlash va gen xaritalarini tuzish;
Yangi dori preparatlarini yaratish va ularning nishon molekulalar bilan
bog’lanish mexanizmlarini tushuntirib berish;
12
Oqsilning strukturasini oldindan aytish;
RNK ning ikkilamchi strukturasini oldindan aytish va boshqalar.
Bioinformatika dori preparatlarini yaratish jarayonini tezlashtiruvchi fan
sifatida. 1980 yillarda bioinformatikaning tez sur’atlarda o’sishi va genomlarning
sekvinirlanishi va klonlanishi bo’yicha yangi usullarning yaratilishi
farmakogenetikaning farmakogenomikaga tranformatsiyalanishiga olib keldi va
aniq bir genotipga mos ravishdagi dori preparatlarni yaratishga qaratilgan
molekulyar-genetik tadqiqotlar o’tkazilishining boshlanishiga olib keldi. Dori
preparatlarining terapevtik yoki boshqa effektlari birinchidan bu preparatning
farmakologik nishonlar – neyromediatorlar va gormonlarning retseptorlari,
fermentlar, ko’plab oqsillar bilan bog’lanishiga (farmakodinamika) bog’liq.
Zamonaviy dunyoda bioinformatika fani turli dori preparatlarining ishlab
chiqarilish jarayonlarini qisqartiruvchi vosita bo’lib hisoblanadi. Agar oldin dori
preparatlarining loyihalanish muddati 5-6 yilni tashkil etgan bo’lsa hozirgi kunda
bunday ishlar bir necha oylarda amalga oshirilmoqda. Buning asosiy sababi
shundaki, virtual kompyuterli skrining yordamida yuqori quvvatli kompyuterlardan
foydalangan holda nishon genlarning tez sur’atlarda izlab topilishi va uning
makromolekula strukturasiga bog’lanishining mexanizmlarini modellashtirish
jarayonlarining tezlashuvi hisoblanadi. Bioinformatika fani paydo bo’lgandan
so’ng farmatsevtik preparatlarning testi o’tkazilish jarayonida yangi eralar ochildi.
Dori preparatlarini yaratish jarayonidagi asosiy muammolardan biri bu ishlab
chiqarish muddatlarining va unga ketadigan xarajatlarning qisqartirilishidir.
Zamonaviy baholanishlarga qaraganda bitta preparatning ishlab chiqarilishi uchun
10-12 yil atrofida vaqt sarflanadi va uning xarajatlari 350-500 mln dollarni tashkil
etadi. Bioinformatika fani paydo bo’lgunga qadar dori preparatlarining yaratilish
jarayonida faqatgina ikkita metoddan (in vivo va in vitro) foydalanilgan.
Bioinformatikaning paydo bo’lishi esa biologik sistemalarga ko’p darajali asosda
yondashuv imkonini berdi.
13
a) in vivo - tirik ob’ektlarda o’tkaziladigan tajribalar
b) in vitro - modellashtirilgan sun’iy muhitda o’tkaziladigan tajribalar
v) in silico - biologik sistemaning kompyuterdagi to’la modellashtirilgan
holdagi tajribalari
| 