|
Читайте также: |
В настоящее время слово биоинформатика стало очень модным и широко используемым, иногда «не по делу». В последние годы в Интернете наблюдается такая динамика ссылок на этот термин: 17 марта 2004 г. – 1710000, 1 июля 2005 г. – 3220000, 1 сентября 2006 г. – 10600000, 28 февраля 2007 г. – 7570000, 18 ноября 2008 г. – 9300000!. Статистика Байнета на те же даты дает иной порядок цифр и иную динамику: 71 – 69 – 298 – 570 – 817. Таким образом, если во всемирном масштабе налет сенсационности уже сошел, ссылки такого характера исчезли и осталась только информация о серьезных научных исследованиях, то в нашей стране интерес к проблеме только начинает расти. Значительная часть ссылок – именно публицистика «интересных фактов», остальные, как правило, – информация об изданных в России книгах и проводимых там же конференциях по данной тематике. При этом наблюдается путаница в терминологии. Например, в некоторых публикациях биоинформатику вообще ставят в один ряд с телепатией, экстрасенсорикой и т.д., причисляя к «новым наукообразным формам, таким как биоэнергетика, парапсихология, валеология...». Часто, особенно на Западе, под биоинформатикой понимают применение компьютерных методов для решения задач молекулярной биологии, в основном анализа разных последовательностей ДНК, РНК и белков. Биоинформатику называют и вычислительной биологией, что верно лишь отчасти.
Более соответствует содержанию предметной области, представленному на сайте ВАК России, определение биоинформатики, связывающее ее с применением компьютеров для изучения любого биологического объекта и решения любых биологических задач. В данной книге изложены отдельные проблемы биоинформатики, в их связи с программой ВАК России для сдачи кандидатского минимума по специальности 03.00.28 – биоинформатика.
Так, мы рассмотрели теоретические и методологические основы биоинформатики, в частности такие вопросы, как ее предметная область, методология изучения живых систем, планирование и основные этапы биологического исследования. Значительное место уделено освещению принципов моделирования биологических систем и процессов. В связи со статистическими методами обработки медико-биологических данных рассматриваются различные прикладные пакеты компьютерных программ, в том числе созданные в Институте генетики и цитологии НАН Беларуси. Рассмотрены также разнообразные проблемы информационного обеспечения фундаментальных и прикладных биомедицинских исследований: базы и банки данных, системы управления базами данных (СУБД), табличные процессоры, базы и банки биологических и медицинских данных. Большое внимание уделяется информационной поддержке исследований (экспертные системы, системы медицинской диагностики, поддержка и усиление интеллектуальной активности человека, включая базы знаний). Для биологов может оказаться полезным краткий экскурс в сетевые и коммуникационные технологии. Здесь рассказывается о видах коммуникационных сетей, обсуждаются средства передачи, хранения и обработки данных, технологии телекоммуникации (Интернет, электронная почта, телеконференции, информационный поиск).
Важное место в книге отведено информационным проблемам генетики. Здесь освещаются проблемы управления наследственностью и изменчивостью на разных уровнях организации живого (молекулярном, клеточном, организменном и популяционном). Как пример исследований на прокариотах обсуждаются работы профессора Н.А. Троицкого и автора по математическому моделированию конъюгации у кишечной палочки. Подробно рассматривается генетический аппарат эукариотической клетки и принципы его функционирования (в частности, структурно-функциональные компоненты митохондриального генома, митохондриальные гены и генетический код, структурно-функциональные компоненты ядерного генома и строение ядерных генов). Дается представление о геномной организации ядерных генов человека, принципах и методах генетического и физического картирования его генома (международный проект «Геном человека»), роли некодирующей и внегенной ДНК. Важным элементом генетического приложения биоинформационных технологий являются работы по биоинформатике человека в Институте цитологии и генетики СО РАН. Рассматриваются математические модели мутагенеза и рекомбиногенеза. Кратко описываются основные понятия генной инженерии и использовании ее методов в ДНК-биотехнологиях. В связи с рассмотрением проблем создания и использования генетически модифицированных организмов дается представление об основных направлениях деятельности Национального координационного центра биобезопасности.
Медицинские аспекты биоинформатики рассмотрены нами в основном на примерах из медицинской генетики. Обсуждена молекулярная природа наследственных заболеваний и современные подходы к их лечению (молекулярная диагностика, генная и клеточная терапия моногенных и мультифакторных заболеваний). Дается понятие о генетическом паспорте человека. Описывается развитие молекулярной диагностики заболеваний человека в Беларуси (работы РНПЦ «Мать и дитя», Института генетики и цитологии НАН Беларуси). Кратко дается история открытия РНК-интерференции и функциональная роль этого явления в реализации генетической информации. Обсуждается использование РНК-интерференции и малых РНК в функциональной геномике и экспериментальной генотерапии. Дается представление о вирусах – структурах, занимающих пограничное положение между живой и неживой материей. Описываются компьютерные вирусы и их структурно-функциональное родство с природными вирусами. Обсуждаются новые вирусы (ВИЧ, гепатита С и GB и др.), а также «возникающие» вирусные инфекции (вирусы Эбола, Денгу, Хантаан и др.), их свойства и распространение, возможные причины появления.
Нами рассмотрены биоинформационные проблемы индивидуального развития организма, в частности вопросы дифференцировки и специализации клеток, запрограммированной гибели клеток (апоптоз), органогенеза и старения. Рассказывается о белорусских работах по созданию программного обеспечения и банков данных по апоптозу, старению и клеточной гибели. В связи с проблемой злокачественных новообразований как следствия нарушения молекулярно-генетических и клеточных регуляторных механизмов обсуждается оригинальная белорусская компьютерная технология прижизненного видеонаблюдения за развитием клеточных культур. Дается представление о стволовых клетках эмбриона и взрослого организма. Обсуждается применение стволовых клеток для восстановления органов, включая вопросы генной терапии. Приводятся примеры сайтов и баз данных по стволовым клеткам и клеточным технологиям, а также даются интернет-ссылки на банки эмбриональных стволовых клеток.
В качестве примера проблем коммуникации и регуляции на нейроэндокринном и иммунном уровне обсуждается взаимосвязь интегративных (нервной, эндокринной и иммунной) систем в регуляции функций организма. Дается представление о молекулярных основах межклеточных коммуникаций (химическая и электрическая клеточная сигнализация, концепция объёмной и проводниковой передачи сигнала и т.п.). В рамках биоинформационных проблемы современной нейроиммунологии рассматриваются работы новосибирских и московских математиков из школы академика РАН Г.И.Марчука по моделированию иммунных реакций.
С точки зрения нейроинформатики и искусственного интеллекта рассмотрены информационные проблемы нейробиологии, включая проблемы формирования памяти (кратковременные и долговременные изменения в синапсах, иерархические и диффузные системы мозга и т.д.). Дается представление о нейробиологических основах теории распознавания образов и теории нейросетей (нейрокомпьютинга). Рассматриваются вопросы моделирования процессов мышления, искусственного интеллекта и человеко-машинного общения. Обсуждаются также современные представления о нейрофизиологических и генетических механизмах психических функций.
Обсуждается применение биоинформационных технологий в экологии и теории эволюции. Рассматривается эволюция живой природы как процесс передачи, накопления, хранения информации (от молекулярных сетей к биогеоценозам). В связи с проблемами структуры, эволюции, условий устойчивости биосферы обсуждается влияние антропогенных воздействий, дается характеристика понятий биоиндикация и биотестирование, рассматриваются приемы и подходы при выборе тест-объектов и тест-реакций. Дается представление о методах анализа и моделирования экологических процессов (теоретико-информационный подход, модели Вольтерра-Лотки и т.п.).
За рамками этой книги остались такие важные в методологическом плане вопросы, как история появления и развития вычислительной техники, проблемы кодирования и передачи информации в ЭВМ, системы телеобработки информации. Определенный интерес для биологов в связи с проблемами нейробиологии и психофизиологии имеет также рассмотрение основных функциональных блоков центрального обрабатывающего устройства (процессора) ЭВМ, запоминающих и внешних (периферийных) устройств ЭВМ, многомашинных вычислительных систем, их особенности и структуры. На кафедре информационной биологии факультета естественных наук Новосибирского университета для биологов давно привычными стали понятие алгоритма, его основные свойства и типы, принципы программного управления ЭВМ, системное программное обеспечение, операционная система, прикладное программное обеспечение. Для специалистов–биологов, медиков и аграриев также в прикладном плане важным представляется знание языков программирования ЭВМ, в частности применение наиболее распространенных из языков (например PASCAL, BASIC) для решения медико-биологических задач. Однако об этом лучше смогут рассказать специалисты соответствующего профиля.
Научное издание
Дромашко Сергей Евгеньевич
Дата добавления: 2015-02-16; просмотров: 90 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |