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 содержат много информации
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.
Биологические данные
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.
Сокращение тысяч чисел
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.
Системная биология
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.