Почему биоинформатика важна в генетических исследованиях?

Геномика - это раздел генетики, изучающий крупномасштабные изменения геномов организмов. Геномика и ее подобласть транскриптомики, которая изучает изменения генома в РНК, которая транскрибируется из ДНК, изучает многие гены, которые когда-то были. Геномика также может включать чтение и выравнивание очень длинных последовательностей ДНК или РНК. Для анализа и интерпретации таких крупномасштабных и сложных данных требуется помощь компьютеров. Человеческий разум, каким бы превосходным он ни был, неспособен обработать такой объем информации. Биоинформатика - это гибридная область, которая объединяет знания биологии и знания в области информатики, являющейся одной из подразделов компьютерных наук.

Геномы организмов очень большие. По оценкам, геном человека состоит из трех миллиардов пар оснований, содержащих около 25 000 генов. Для сравнения, у плодовой мушки, по оценкам, 165 миллиардов пар оснований, содержащих 13 000 генов. Кроме того, одна из областей геномики называется исследованиями транскриптомики, гены которых среди десятков тысяч организма, включаются или выключаются в определенное время, в нескольких временных точках и в нескольких экспериментальных условиях в каждом момент времени. Другими словами, «омические» данные содержат огромное количество информации, которую человеческий разум не может понять без помощи вычислительных методов в биоинформатике.

Биоинформатика важна для генетических исследований, потому что у генетических данных есть контекст. Контекст - это биология. У форм жизни есть определенные правила поведения. То же касается тканей и клеток, генов и белков. Они определенным образом взаимодействуют и определенным образом регулируют друг друга. Крупномасштабные и сложные данные, которые генерируются в геномике, не имели бы смысла без контекстного знания о том, как работают формы жизни. Данные, полученные с помощью геномики, могут быть проанализированы теми же методами, что и инженеры и физики, изучающие финансовые рынки и оптоволокно, но анализ данных разумным способом требует знания биология. Таким образом, биоинформатика стала бесценной гибридной областью знаний.

Обработка чисел - это способ сказать, что кто-то выполняет вычисления. Биоинформатика может обрабатывать десятки тысяч чисел за несколько минут, в зависимости от того, насколько быстро компьютер может обрабатывать информацию. Omics Research использует компьютеры для запуска алгоритмов - математических вычислений - в большом масштабе, чтобы найти закономерности в больших наборах данных. Общие алгоритмы включают такие функции, как иерархическая кластеризация (см. Ссылку 3) и анализ главных компонентов. Оба метода позволяют найти взаимосвязи между образцами, в которых есть много факторов. Это похоже на определение того, являются ли определенные этнические группы более общими между двумя разделами телефонной книги: фамилии, начинающиеся с буквы A, или фамилии, начинающиеся с буквы B.

Биоинформатика позволила изучить, как система, состоящая из тысяч движущихся частей, ведет себя на уровне всех движущихся частей одновременно. Это похоже на наблюдение, как стая птиц летит в унисон или стая рыб плывет в унисон. Раньше генетики изучали только один ген за раз. Хотя этот подход по-прежнему имеет невероятное количество достоинств и будет продолжаться, биоинформатика позволила сделать новые открытия. Системная биология - это подход к изучению биологической системы путем количественной оценки нескольких движущихся частей, как изучение коллективной скорости различных групп птиц, которые летают как одна большая, сворачивающая стадо.