بیو انفورماتیک

بیو انفورماتیک

اسلاید 1: به نام خدا سمینار درس کاربرد فن آوری اطلاعات در پزشکی بیو انفورماتیک استاد: آقای دکتر توحید خواه استاد یار: آقای دکتر احمدی پژوه ارائه دهندگان: آیدا صرصرشاهی نوشین پورباقی پاییز 88Starred Chats Sent MailDraftsAll MailSpam (3)TrashContacts

اسلاید 2: معرفی علم بیو انفورماتیک بیو انفورماتیک علم استفاده از تکنیک های مدیریت داده با اهداف مطالعات بیو لوژیک است.این علم یک تخصص میان رشته ای است که ازادغام علوم زیست شناسی, ریاضیات,علوم محاسباتی , آمار,کامپیوتر و فن آوری اطلاعات ایجاد شده است.

اسلاید 3: سیر تاریخی علم بیو انفورماتیک پیشرفت در بیولوژی ملکولی و تجهیزات مورد نیاز تحقیق در این زمینه باعث افزایش سریع تعیین توالی ژنوم بسیاری از گونه های موجودات شد:توالی ژنوم بسیاری از موجودات ساده مانند باکتری ها تا موجودات بسیار پیشرفته چون یوکاریوت های پیچیده شناسایی شده است. پروژه ی شناسایی ژنوم انسان در سال 1990 آغاز شد و در سال 2003 پایان یافت و اکنون اطلاعات کامل مربوط به توالی هر 24کروموزوم انسان موجود است.

اسلاید 4: فعالیت های برجسته بیو انفورماتیکمهمترین کارها در بیوانفورماتیک تجزیه و تحلیل اطلاعات توالی ژ نها است که شامل موارد زیر است پیدا کردن ژن‌ها در توالی‌های دی ان ای توسعهٔ روش‌های پیش بینی ساختار و یا وظایف پروتئین های تازه کشف شده و توالی‌های ساختاری RNA صف بندی پروتئین‌های مشابه و ایجاد درخت‌های نژادشناسی برای بررسی روابط تکاملی.

اسلاید 5: حوزه های اصلی فعالیت بیو انفورماتیک پروتئوميك ژنوميك

اسلاید 6: پروتئوميكپروتئوميك : دانش بررسی ساختار و عملکرد پروتئین‌ها در مقیاس بزرگ است. این واژه را به قیاس ژنومیک (به معنی دانش بررسی ژن‌ها) ساخته‌اند.

اسلاید 7: پروتئوميكاز آنجاییکه مکانیسم مولکولی رفتار سلول ها ازروی توالی ژنها قابل پیشگویی نیست و بر عهده پروتئین ها است می بایست برای ارتباط ژنوم با رفتار سلول ها پروتئین های سلول را شناخت. به کلیه پروتئینهایی که در یک سلول در یک زمان مشخص بیان می‌شود، پروتئوم آن سلول گفته می‌شود پروتئوم یک نوع سلول نیز همیشه ثابت نیست. سلول در برابر شرایط مختلف محیطی و پیامهایی که از سلولهای اطراف دریافت می‌کند، پروتئینهای مختلفی را بیان می‌کند.

اسلاید 8: پروتئوميكبرای شناسایی مکانیسمهای مولکولی رفتار سلولی و واکنشهای زیستی، لازم است پروتئینهایی که در یک سلول بیان می‌شود، تغییرات آنها در شرایط مختلف، عملکرد آنها و همچنین برهمکنشهای بین پروتئینهای مختلف در یک سلول، بررسی شود. به مجموعه این بررسیها، نقشه برداری پروتئوم یا پروتئومیک، گفته می‌شود.

اسلاید 9: بخشهای پروتئومیک۱- مشخص کردن کلیه پروتئینهایی که در سلول بیان میکند‌۲- نقشه برداری برهمکنشهای بین پروتئینی شود ۳- نقشه برداری آرایشهای پروتئینی 

اسلاید 10: ۱- مشخص کردن کلیه پروتئینهایی که در سلول بیان میکند :در این بخش، کلیه پروتئینهایی که در سلول تحت یک شرایط معین (حالت استراحت، رشد، تمایز، بیماری، تأثیر دارو و...) مشخص می‌شود. به این ترتیب می‌توان پروتئینهایی که در شرایط مختلف بیان می‌شوند یا میزان بیان آنها تغییر می‌کند را شناسایی کرد و به عملکرد آنها پی برد. شناسایی این پروتئینها در تشخیص بیماری و بررسی روند پیشرفت یا بهبودی آنها و همچنین شناسایی داروهای جدید، مفید می‌‌باشد.

اسلاید 11: ۲- نقشه برداری برهمکنشهای بین پروتئینی : پروتئینها در سلول بصورت منفرد عمل نمیکنند واغلب تأثیر خود را با همکاری پروتئینهای دیگر و برهمکنش با آنها اعمال می‌کنند. نمونه بارز برهمکنشهای پروتئینی، در مسیرهای انقال پیام و مسیرهای بیوسنتزی مشاهده می‌شود. با شناسایی این برهمکنشها، بطور کارآمدتری می‌توان عملکرد و رفتار پروتئینها را مشخص کرد.

اسلاید 12: ۳-نقشه برداری آرایشهای پروتئینی : اغلب پروتئینها پس از ترجمه متحمل آرایشهای مختلفی مانند، گلیکوزیله شدن، متیله شدن،استیله شدن، فسفریله شدن و... می‌شوند.این آریشها بر فعالیت و عملکرد پروتئینها، همچنین ساختار فضایی، پایداری و نیمه عمر آنها تأثیر می‌‌گذارد. بسیاری از داروها گروههای الکتروفیلی دارند که از طریق آنها به پروتئین هدف متصل شده و اثر خود را اعمال می‌کنند.شناسایی این آرایشها، تأثیر آنها بر عمکرد پروتئینها و شرایطی که منجر به این آرایشها می‌شود، به شناسایی رفتار و عملکرد پروتئینها کمک می‌کند.

اسلاید 13: ژنومیکژنوميك :شامل تجزیه و تحلیل داده‌ها و اطلاعات ژنتیکی بخصوص ژنوم موجودات است.

اسلاید 14: ژنومیکژن هاحامل دستورالعمل‌های لازم برای ساختن پروتئین هاهستند که فعالیت‌های سلول و اعمال مختلف بدن را تعیین می‌کنند، و به این ترتیب در بروز صفات گوناگون نقش دارند. ژنومیک به مطالعه همه ژن‌های موجود در بدن یک ارگانیسم(ژنوم) و نیز تعامل این ژن‌ها با یکدیگر و با محیط اطراف آن می‌پردازد. به عبارت دیگر ژنومیک، توالی، ساختار و عملکرد ژنوم را مطالعه می‌کند. تمرکز این شاخه علمی نوین بر مطالعه و تفسیر اطلاعات ژنتیکی یا همان ژنوم ارگانیسم است.

اسلاید 15: ژنومیکمراحل بررسی های ژنومیک به شرح ذیل است۱-به کار گیری روش های سریع برای توالی یابی ژنها2-به کار گیری اطلاعات بدست آمده از ژنوم3-تهیه عکس های فوری یا اسنپ شات های ژنتیکی4- استفاده از گونه های مدل5- شناخت فاکتور هایی که میزان و نوع مواد شیمیایی ساخته شده در یک سلول را تعیین میکند.

اسلاید 16: زمینه‌های مهم بیوانفورماتیک۱ .تحلیل توالی‌های ژنوم۲. پیش بینی ساختار سه بعدی پروتئین۳. تحلیل کارکردی در سطح ژنوم۴.ایجاد و مدیریت پایگاه‌های داده ای۵.مدل سازی ریاضی و فرآیندهای حیات

اسلاید 17: زمینه‌های مهم بیوانفورماتیک۱. تحلیل توالی‌های ژنومدر این زمینه بررسی می‌شود که آیا یک توالی به دست آمده برای یک DNA در برگیرندهٔ یک ژن هست یا خیر. اگر وجود دارد در کجای زنجیرهٔ DNA قرار دارد و آنزیمی که کد می‌کند چه نقشی در سلول یا فرآیندهای حیاتی ایفا می‌کند.

اسلاید 18: زمینه‌های مهم بیوانفورماتیک ۲. پیش بینی ساختار سه بعدی پروتئینکاربرد مولکول‌های بزرگ پروتئین بستگی زیادی به شکل فضایی و ساختار سه بعدی آن‌ها دارد. ژن‌ها با عملکرد پروتئین‌هایی که می‌سازند نقش خود را اعمال می‌کنند. بنابراین لازمهٔ شناخت کامل ژن‌ها ، شناخت کامل پروتئین‌ها است.

اسلاید 19: پیشرفت پروژه‌های پروتیوم به دلایل زیر کند است:هزینهٔ زیاد کندی روند تعیین توالی پروتئین‌ها مشکل بودن تعیین ساختار سه بعدی پروتئین‌ها در آزمایشگاه

اسلاید 20: دو اصل مهم برای تعیین ساختار سه بعدی پروتئین از روی توالی آن پروتئین‌ها با توالی نسبتاً مشابه ، شکل فضایی شبیه به هم پیدا می‌کنند.(جست و جو برای یافتن توالی‌های مشابه) شکل فضایی مولکول به گونه‌ای است که به حداقل سطح انرژی برسد (استفاده از قوانین شیمی، فیزیک و ترمودینامیک)

اسلاید 21: زمینه‌های مهم بیوانفورماتیک۳. تحلیل کارکردی در سطح ژنومبا به کارگیری روش‌های آماری پیشرفته و کلاستربندی، مسائلی چون بررسی همزمان میزان فعالیت هزاران ژن در سلول ، تحلیل نحوه تعامل تعداد زیادی پروتئین و تحلیل خصوصیات هزاران سلول جهش یافته در آن واحد حل شده‌اند. دانش مربوط به این بخش ژنوم شناسی کارکردی نام دارد و از دستاوردهای مهم در این زمینه می‌توان پیش بینی نقش و کارکرد ژن‌ها در سلول بدون نیاز به آنالیز داده‌های پروتئینی را نام برد.

اسلاید 22: زمینه‌های مهم بیوانفورماتیک۴.ایجاد و مدیریت پایگاه‌های داده ایداده‌های تولید شده در زیست شناسی مولکولی باید از طریق پایگاه در اختیار پژوهشگران قرار گیرد. نحوهٔ حصول اطمینان از صحت داده‌ها و چگونگی نمایش مفید داده‌ها از دغدغه‌های اداره کنندگان پایگاه‌های بزرگ بیوانفورماتیکی هستند.

اسلاید 23: زمینه‌های مهم بیوانفورماتیک۵.مدل سازی ریاضی و فرآیندهای حیاتیکی از اهداف مهم بیوانفورماتیک درک کامل سازوکار ارگانیسم‌های زنده در سطح مولکولی است. برای تحقق این هدف، تلاش می‌کنند فرآیندهای خاص سلولی را شبیه سازی کرده و با یک پارچه سازی آن‌ها به یک سلول کامل برسند.

اسلاید 24: موضوعات سیستم نرم افزاری بیوانفورماتیکماهیت اطلاعات و داده‌های زیستی ذخیره سازی اطلاعات ، تجزیه و تحلیل و بازیابی محاسبه، مدل سازی و شبیه سازی بیولوژی با معنی اطلاعات و یکپارچگی آنها کندوکاو در داده‌ها مجسم کردن پردازش و تجسم فکری آن خاتمه این چرخه

اسلاید 25: اطلاعات به دست آمده از تحليل داده‌هاي زيستي توسط علم بيوانفورماتيک، در موارد زير به زيست شناسي كمك مي‌كند: يافتن ژن‌ها در ميان توالي‌هاي ژنوميکبه خط کردن توالي‌ها در بانک‌هاي اطلاعاتي براي يافتن شباهت‌ها و تفاوت‌ها پيش‌گويي ساختار و عملکرد محصولات ژن‌هاتوضيح تعامل ژن‌ با محصولاتش يافتن ارتباط فيلوژنتيک ميان ژن‌ها و توالي‌هاي پروتئيني

اسلاید 26: مهمترين کاربرد‌هاي بيوانفورماتيک در علوم پزشکيطراحي منطقي داروهاشناسايي علل ژنتيک بيماري‌هاتشخيص بيماري‌ها بر اساس اطلاعات ژنتيکفروش اطلاعات (data) درقالب ژنهاي كامل يا قطعات ژني است كه ديگران مي توانند از آن براي شناسايي داروها استفاده كنند.

اسلاید 27: تفاوت بیوانفورماتیک با انفورماتیک پزشکیبیوانفورماتیک در صدد مطالعه زیستی در ژن ها و پروتئین هاست و به مدلسازی یا طراحی سیستم ها در علم ژنوم و پروتئومیکس می پردازد. اما انفورماتیک پزشکی در صدد مطالعه  در زمینه گردآوری و سازماندهی اطلاعات در حیطه علوم پزشکی است و به مدلسازی و طراحی سیستم هایی برای استفاده بهینه از اطلاعات ذر زمان و مکان مناسب و همچنین سیستم های هوشمند در این زمینه می پردازد.

اسلاید 28: ارتباط بیوانفورماتیک با انفورماتیک پزشکی

اسلاید 29: جایگاه رشته بيوانفورماتيك در دنیا و ایرانبر اساس آخرين اطلاعات درج شده در سپتامبر 2006، 241 مرکز دانشگاهي در دنيا رشته‌ي بيوانفورماتيک را در گرايش‌هاي مختلف ارائه مي‌کنند. با توجه به بين‌شته‌اي بودن بيوانفورماتيک، گروه‌هاي آموزشي مختلف از قبيل علوم کامپيوتر، بيوشيمي، زيست‌ شناسي مولکولي، ميکروبيولوژي، و مهندسي پزشکي مي‌توانند چنين رشته‌اي را راه‌اندازي کنند.درايران،در سال 1381 گروهي از اساتيد رشته‌هاي علوم‌ كامپيوتر، رياضيات، بيوفيزيك، ژنتيك، آمار وداروسازي اين رشته را بنا نهادند ودر اثر تلاش‌هاي پير ايشان در سال 1383 اولين دوره‌ي دكتري بيوانفورماتيك پايه‌گذاري شد. هم‌اكنون دانشگاه ه‌هاي تهران، شهيد بهشتي، و صنعتي اميركبير در اين رشته دانشجو مي‌پذيرند.

اسلاید 30: رشته‌ي بيوانفورماتيك در ایران شامل شاخه‌هايي هم چون طراحي پايگاه داده‌ها، طراحي نرم‌افزار و تحليل داده‌ها است

اسلاید 31: بيو انفورماتيک در ايرانانجمن بيوانفورماتيک ايرانhttp://ibp.ir/index.htmاهداف اين انجمن عبارتند از:گسترش، پيشبرد و ارتقاي علمي دانش بيوانفورماتيکتوسعه کيفي نيروهاي متخصصبهبود بخشيدن به امور آموزشي و پژوهشي در زمينه هاي بيوانفورماتيک و زيست شناسي

اسلاید 32: Guttmacher E, Collins SF. 2002. Genomic Medicine, a primer. N Engl J Med.; 347 (19): 1512-1520Introduction to bioinformatics ,Teresa Attwood, David Parry-Smith Prentice & HallBioinformatics basics: applications in biological science and medicine Hooman H. Rashidi, Lukas K. Buehler, CRC PressFriedman CP, Ozbolt JG, Masys DR. 2001. Toward a new culture for biomedical informatics: reportof the 2001 ACMI symposium. J Am Med Inform Assoc. Nov-Dec;8(6):519-26http://www.ibp.ir/http://www.ibis.ut.ac.ir/http://www.bioinformatics.ir/

اسلاید 33: با تشکر از توجه شما