مقدمه في المعلوماتيه الحيويه (الجزء الاول)

مقدمه في المعلوماتيه الحيويه (الجزء الاول)

| مقدمه
  • الان ونحن في عام 2019 اصبح من الطبيعي جدا ان تلقي احد اصدقاءك في العام الدراسي الاول في احد كليات العلوم او الزراعه والطب والصيدله في مصر وتحدثه عن المعلوماتيه الحيويه ويفاجئك بانه يعرف الكثير عنها , علم المعلوماتيه الحيويه الذي اصبح الان اشبه بعلامه مسجله لكل طلبة الكليات العلميه وانتقل الان الي كليات الحاسبات والمعلومات بمصر والوطن العربي حيث هي موطنه الرئيسي والسؤال هنا , ماهي المعلوماتيه الحيويه ولماذا اصبحت تشغل حيزا كبيرا في مجال البحث العلمي الحيوي

في الواقع ان القصه بدات منذ الستينات حيث نشر العالم روبرت ليدلي بحثا في مجلة العلوم حيث يدعو الي ادخال التكنولوجيا الرقميه في علم الاحياء , لم يكن يعرف احد حينها اهمية هذا ولكن مع مرور الوقت اصبح ادخال التكنولوجيا الرقميه والبرمجه والرياضيات الي علم الاحياء امر حتمي لا يوجد به خيارات حيث انه لابد ان يحدث هذا وكانت النقله النوعيه في هذا العلم هي بداية العمل في مشروع الجيم البشري الذي تم الاعلان عنه عام 2001-2003

وقد أدى تغيير المعالم المرغوبة منذ زمن طويل في تسلسل الجينوم ، والأجهزة التحليلية ، وقوة الحوسبة ، وأدوات البرمجيات سهلة الاستخدام إلى تغيير ممارسات البيولوجيا بشكل لا رجعة فيه , بعد سنوات من دراسة المكونات الفردية للأنظمة الحية ، يمكننا الآن دراسة الأنظمة نفسها في نطاق شامل وبتفاصيل جزيئية رائعة , ولذلك فإننا نواجه مهام توظيف التقنيات الجديدة بفعالية ، والتعامل مع جبال البيانات ، والأهم من ذلك ، تعديل تفكيرنا لفهم الأنظمة المعقدة بدلاً من مكوناتها الفردية

حيث اننا انتقلنا بعد مشروع الجينوم البشري من دراسة الصفات الفرديه للكائنات الحيه علي مستوي الجين والبروتين الي دراسة مجموع الجينات والبروتينات في الكائنات الحيه , ولكن دعنا نسال , هل يمكن ان نعمل علي تحليل البيانات التي تخرج من مجموع الجينات في الانسان علي سبيل المثال والتي تصل ال 19-24 الف جين بالعين المجرده .. ؟

بالطبع لا ولذلك بدا علم الاحياء الحاسوبي بتطوير خوارزميات وبرمجيات لتحليل هذه البيانات بالقدره الرقميه للكمبيوتر التي تفوق قدراتنا مئات المرات واصبح تحليل البيانت باستخدام خوازميات المعلوماتيه الحيويه المطوره والمتطوره دائما

ومن هنا اصبح هناك طريقه سهله وبسيطه لتحليل البيانات البيولجيه وكلما كان هناك حلول وطرق سهله زادت البيانات ولكن هل يمكن ان نضع هذه البيانات في الكتب .. ؟

بالطبع لا لذلك اصبح لدينا الالاف من قواعد البيانات البيولوجيه التي تحتوي علي كل ما تم عزله وتنقيته وسلسلته حيث اصبح تسلسل الجينوم البشري الان متاحا لاي احد يريد ان يراه وبشكل مجاني , قواعد البيانات هذه تحتي علي مئات الاف من الجينات من كل الكائنات الحيه التي تمت عليها الدراسات البيولوجيه تقريبا وليس فقط الجينات , هناك الكثير من الجينومات الكامله لكل الكائنات النموذجيه في علم الاحياء , ليس هذا وحسب اصبح هناك قواعد بيانات للبروتينات وفقط واخري للرنوات واخري تخصصت في محال واحد والهي الكائنات الحيه الدقيقه واخري للميكروبات حقيقيات النواه الخ ..

خذ مثلا علي سبيل المثال احد اشهر قواعد البيانات الموجوده حاليا وهي (NCBI) الامريكيه  التي تحتوي بداخلها علي قواعد بيانات متخصصه في اكثر من مجال للبروتين والنيوكليوتيدات والرنوات وبيانات ميكرواراي الخ ..

والقاعده الاشهر الاخري (EMBL) الاوروبيه التي تحتوي بداخلها ايضا علي مجموعة بيانات مختلفه مثل قاعدة بيانات (uniprot) التي تحتوي تقريبا علي كل تسلسلات البروتين التي تم عزلها وسلسلتها من قبل ومقسمه الي بيانات تمت مراجعتها يدويا واخري لم تتم مراجعتها وتحتوي علي بعض الادوات لتحليل البيانات الخاصه بالبروتين ليس هذا فحسب تحتوي ايضا علي بعض البيانات الخاص بالبروتيوم (وهو دراسة مجموع البروتينات المجوده بالخليه)

قاعدة بيانات (uniprot) التابعه ل (EMBL-EBI) الاوروبيه

وبعيدا عن البيانات الكبيره والخوارزميات وقواعد البيانات يحتوي مجتمع المعلوماتيه الحيويه علي الكثير من الادوات للتعامل  للبيانات الصغيره والمتوسطه , خذ مثلا علي سبيل المثال لا الحصر , احد اشهر برامج المعلوماتيه الحيويه الموجوده اونلاين وهو البرنامج التابع لقاعدة البيانات الامريكيه (NCBI) والذي يسمي (BLAST) والذي يحتوي علي بعض الادوات التي تقوم بالمقارنه بين تتابعين من النيوكليوتيدات او الاحماض الامينيه والتي تهدف الي معرفة نسبة التشابه بين اثنين من الجينات او الرنوات او البروتينات , كما يحتوي ايضا علي خوارزميات تعمل علي تحويل النيوكليوتيدات الي احماض امينيه او تعيد الاحماض الامينيه الي نيوكليوتيدات

برنامج (BLAST) التابع لقاعدة البيانات (NCBI)

او بعض البرامج الاخري مثل (clustal omega) او (T-COFFE) الذي يتيح لك بالمقارنه بين عدد اكبر من الجينات او البروتينات تصل الي 50 تتابع واكثر لمعرفة مدي التشابه او الاختلاف بينهم وبناء شجرة العلاقات التطوريه وذلك لمعرفة من منهم اقرب الي الاخر ومن منهم ابعد من الاخر ومن منهم خرج وتطور من الاخر ومن منهم حدث به تغيرات من خلال الوقت ومن منهم احتفظ بتتابعات خلال الوقت , علي سبيل المثال يمكنك معرفة ما اوجه التشابع والاختلاف بين عائلة (myosin) وبما انهم عائله واحده كيف لكلا منهم ان يؤدي وظيفه متخلفه وعن طريق معرفة الاختلافات بينهم تستطيع ان تعرف المناطق التي تختلف بين كل منهم لتستنتج في النهاية ان هذه المنطقه هي التي تؤدي الي الاختلاف في وظائف كلا منهم

(شكل المقارنه بين عديد من التتابعات)

بعد ذلك تستطيع بناء شجرة التطور بين البيانات التي ادخلتها ع احد برامج المعلوماتيه الحيويه المتاحه اونلاين عن طريق ادخال البيانات المخرجه من في الصوره الاخيره ومن ضمن البرامج التي تقوم بعمل هذه الشجره التي تتخذ اشكالا كثيره هو برنامج (phylogey.fr) وهناك العديد من البرامج الاخري التي تقوم بنفس العمليه

(شكل شجرة التطور)

ليس هذا فحسب , تعطينا خوارزميات وبرمجيات المعلوماتيه الحيويه القدره علي تحليل البيانات الكبيره والانتاجيه العاليه من الجينوم والبروتيوم وجميع الانتاجيات العاليه عن طريق البرمجه الاحصائيه والعديد من الادوات الاخري , وهو ما سنتعرف عليه في المقالات القادمه ..

بعض قواعد البيانات
(INSDC) : مركز التعاون الدولي لتسلسل النيوكليوتيدات
(Gene bank) : قاعدة بيانات الجينات الامريكيه
(ENA) : الارشيف الاوروبي للنيوكليوتيدات
(DDBJ) : البنك الياباني لبيانات تسلسل الحمض النووي
(RDP) : بنك معلومات الجينات الوظيفيه

Share this post

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.


Justin Pugh Authentic Jersey