Bioinformatika (gr
č
. bios -
ž
ivot; engl. Informatics) je interdisciplinarna oblast koja razvija metode
i alate za razumevanje bioloških podataka. Kao interdisciplinarno polje nauke, bioinformatika
kombinuje informacione tehnologije, statistiku, matematiku i in
ž
injerstvo kako bi analizirala i
interpretirala biološke podatke. Bioinformatika se koristi u analizama simulacija bioloških pojava
koriste
ć
i matemati
č
ke i statisti
č
ke tehnike.
Bioinformatika je zajedni
č
ki termin za oblast bioloških studija koje koriste kompjutersko
programiranje kao deo svoje metodologije, i kao referenca za specifi
č
ne analize "toka podataka"
koje se
č
esto koriste, posebno u podru
č
ju genomike. Tipi
č
na primena bioinformatike podrazumeva
identifikaciju kandidata gena i nukleotida.
Č
esto je cilj njihove identifikacije bolje razumevanje
genetske osnove raznih bolesti, specifi
č
nih prilago
đ
avanja organizama,
ž
eljenih osobina (npr. u
poljoprivrednim kulturama), ili razlika izme
đ
u populacija. U manje formalnom tipu,
bioinformatika tako
đ
e pokušava da otkrije organizacione principe unutar nukleinskih kiselina i
proteinskih sekvenci.
Osnove
Bioinformatika je postala zna
č
ajna oblast mnogih bioloških oblasti. U eksperimentalnoj
molekularnoj biologiji tehnike poput vizuelizacije bioloških podataka i procesiranja signala
omogu
ć
avaju izolovanje korisnih rezultata iz velike koli
č
ine neobra
đ
enih podataka. U genetici i
genomici to poma
ž
e da se sekvencionišu i obele
ž
e genomi i njihove prime
ć
ene mutacije. Tako
đ
e
poma
ž
e da se u biološkoj literaturi razviju biološke i genetske ontologije zbog organizovanja i
klasifikacije bioloških podataka. Zna
č
ajna je prilikom analize gena i odnosa izme
đ
u proteina.
Bioinformati
č
ki alati poma
ž
u pri pore
đ
enju geneti
č
kih i genomskih podataka, što olakšava
razumevanje evolutivnih aspekata molekularne biologije. Na kompaktnijem nivou, poma
ž
e da se
analiziraju i klasifikuju biološke putanje i mre
ž
e koje imaju zna
č
ajnu ulogu u biologiji sistema. U
strukturalnoj biologiji, poma
ž
e pri simulaciji i modelovanju DNA, RNA i strukture proteina, kao i
molekularnih interakcija.
Istorijat
Istorijski, termin bioinformatika nije imao isto zna
č
enje kao danas. Paulin Hogveg i Ben Hesper su
njim 1970. godine ozna
č
ili istra
ž
ivanje informacionih procesa u biotskim sistemima.[1][2][3] Ta
definicija klasifikuje bioinformatiku u oblasti srodne biofizici (istra
ž
ivanje fizi
č
kih procesa u
biološkim sistemima) ili biohemiji (istra
ž
ivanje hemijskih procesa u biološkim sistemima).[1]
Sekvence
Sekvence genetskog materijala se
č
esto koriste u bioinformatici, obzirom da je njima lakše
manipulisati koriš
ć
enjem kompjutera nego ru
č
no.
Kompjuteri su postali neophodni u molekularnoj biologiji kada su sekvence proteina postale
poznate nakon što je Frederik Sanger odredio sekvencu insulina ranih pedesetih godina. Ru
č
no
pore
đ
enje višestrukih sekvenci pokazalo se neprakti
č
nim. Pionir u ovoj oblasti bila je Margaret
Oklej Dejhof, koju je David Lipman, direktor Nacionalnog centra za biotehnološke informacije,
proglasio "majkom i ocem bioinformatike".[4] Margaret je napravila jednu od prvih baza podataka
proteinskih sekvenci, koje su najpre objavljene kao knjige[5] i za
č
ela je metode poravnanja
sekvenci i molekularne evolucije.[6] Drugi rani doprinos bioinformatici dao je Elvin A. Kabat, koji
je zapo
č
eo sa analizom bioloških sekvenci 1970 sa obimnim izdanjima sekvenci antitela koje je
objavio sa Tai Te Vuom izme
đ
u 1980 i 1991. godine.[7]
Ciljevi
Da bi se istra
ž
ilo kako se normalne
ć
elijske aktivnosti menjaju u razli
č
itim fazama oboljenja,
biološki podaci moraju da budu kombinovani kako bi pru
ž
ili jasniju sliku o ovim aktivnostima.
Stoga se oblast bioinformatike razvila tako da najzna
č
ajniji deo podrazumeva analizu i
interpretaciju razli
č
itih tipova podataka. To uklju
č
uje nukleotide i sekvence amino kiselina, oblast
proteina i proteinskih struktura.[8] Konkretan proces analiziranja i interpretacije ovih podataka
smatra se informacionom biologijom. Zna
č
ajne oblasti bioinformatike i informacione biologije
podrazumevaju:
Razvoj i implementaciju kompjuterskih programa koji omogu
ć
avaju efikasan pristup i upravljanje
razli
č
itim tipovima informacija
Razvoj novih algoritama (matemati
č
kih formula) i statisti
č
kih mera kojima se procenjuju odnosi
izme
đ
u
č
lanova velikog skupa podataka. Na primer, postoje metode za lociranje gena unutar
sekvence, da se predvidi struktura proteina i/ili njena funkcija, i da se klaster analizom klasifikuju
sekvence proteina u okviru familija srodnih sekvenci.
Osnovni cilj bioinformatike je pove
ć
anje razumevanja bioloških procesa. Ono što je izdvaja od
drugih procesa je fokus na razvoj i primenu informati
č
ki intenzivnih tehnika za postizanje tog cilja.
Primeri uklju
č
uju prepoznavanje obrazaca, analizu podataka, mašinsko u
č
enje, i vizuelizaciju
bioloških podataka. Fokus istra
ž
ivanja u ovim oblastima uklju
č
uje poravnanje sekvenci,
predvi
đ
anje gena, genomski projekat, dizajn leka, otkrivanje leka, strukturno poravnanje proteina,
predvi
đ
anje strukture proteina, predvi
đ
anje ekspresije gena, protein-protein interakcije, izu
č
avanje
genomskih asocijacija, modelovanje evolucije i deobe
ć
elija - mitoze.
