Բիոինֆորմատիկա

Բիոինֆորմատիկան(նույնն է ինչ Կենսաինֆորմատիկան) մեթոդների և մոտեցումների ամբողջություն է, ներառելով իր մեջ՝

Համակարգչային անալիզի մաթեմատիկական մեթոդներ համեմատական գենոմիկայում(գենոմային բիոինֆորմատիկա)
Ալգորիթմների և ծրագրերի մշակում բիոպոլիմերների տարածական կառուցվածքի կանխատեսման համար(կառուցվածքային բիոինֆորմատիկա)
Ռազմավարությունների հետազոտություն՝ հաշվարկային մեթոդաբանություններին համապատասխան, և կենսաբանական համակարգերի ինֆորմացիոն բարդույթների ընդհանուր կառավարում։Բիոինֆորմատիկայում օգտագործվում են կիրառական մաթեմատիկայի,ստատիստիկայի և ինֆորմատիկայի մեթոդները։ Բիոինֆորմատիկան օգտագործվում է կենսաքիմիայի, կենսաֆիզիկայի, էկոլոգիայի և այլ ոլորտներում։
Այս ոլորտում ամենատարածված օգտագործվող գործիքներն ու տեխնոլոգիաներն են՝

ծրագրավորման լեզուները ՝ Java, C#, Perl, C, C++, Python, R
նշման լեզու - XML
տվյալների բազաներ – SQL
զուգահեռ հաշվարկների ապարատա-ծրագրային ճարտարապետություն – CUDA
էլեկտրոնային աղյուսակներ


= Ներածություն =
Բիոինֆորմատիկան դարձել է կենսաբանության բազմաթիվ ոլորտների կարևոր մասը։ Փորձարարական մոլեկուլային կենսաբանության մեջ բիոինֆորմատիկայի տեխնիկան, ինչպիսիք են նկարազարդումը և ազդանշանի մշակումը, օգտակար արդյունքներ են տալիս մեծ քանակությամբ մուտքային տվյալների հիման վրա։ Գենետիկայի և գենոմիկայի բնագավառներում կենսաինֆորմատիկան օգնում է գենոմների և դիտարկվող մուտացիաների կազմակերպմանը և անոտացիային։ Այն մեծ դեր է խաղում կենսաբանական գրականությունից ստացված տվյալների վերլուծության և կենսաբանական և գենետիկական օնտոլոգիաների մշակման գործում՝ կենսաբանական տվյալների կազմակերպման և հարցման համար։ Այն նաև մեծ դեր է խաղում գեների վերլուծության, սպիտակուցների արտահայտման և կարգավորման մեջ։ Բիոինֆորմատիկայի գործիքները օգնում են համեմատել գենետիկական և գենոմային տվյալները, և, ընդհանուր առմամբ, մոլեկուլային կենսաբանության էվոլյուցիոն կողմերը հասկանալու մեջ։ Ընդհանուր առմամբ, այն օգնում է վերլուծել և ցուցակագրել կենսաբանական ուղիները և ցանցերը, որոնք համակարգային կենսաբանության կարևոր մասն են։ Կառուցվածքային կենսաբանության մեջ այն օգնում է ԴՆԹ-ի, ՌՆԹ-ի և սպիտակուցային կառուցվածքների սիմուլյացմանը և մոդելավորմանը, ինչպես նաև մոլեկուլային փոխազդեցություններին։


= Բիոինֆորմատիկա և հաշվողական կենսաբանություն =
Բիոինֆորմատիկա նշանակում է համակարգիչների ցանկացած օգտագործումը կենսաբանական տեղեկատվության մշակման համար։ Գործնականում, երբեմն այս սահմանումն ավելի նեղ է, նշանակում է ՝ համակարգիչների օգտագործումը կենսաբանական մակրոմոլեկուլների (սպիտակուցներ և նուկլեինաթթուներ) կառուցվածքի վրա փորձնական տվյալներ մշակելու ՝ կենսաբանորեն նշանակալի տեղեկատվություն ստանալու համար։ Գիտական ​​մասնագիտությունների ծածկագրում փոփոխության ֆոնին (03.00.28-ին «Կենսաինֆորմատիկան» վերածվեց 01.03.09 թ. «Մաթեմատիկական կենսաբանություն, կենսաինֆորմատիկա»), «բիոինֆորմատիկա» տերմինի դաշտը ընդլայնվել է ՝ ներառելով կենսաբանական օբյեկտների հետ կապված մաթեմատիկական ալգորիթմների բոլոր իրականացումները։
Բիոինֆորմատիկա և «հաշվարկային կենսաբանություն» տերմինները հաճախ օգտագործվում են որպես հոմանիշներ, չնայած վերջինս ավելի հաճախ ցույց է տալիս ալգորիթմների և հաշվարկների հատուկ մեթոդների մշակում։ Համարվում է, որ կենսաբանության մեջ հաշվարկային մեթոդների ոչ բոլոր օգտագործումներն են բիոինֆորմատիկան, օրինակ ՝ կենսաբանական գործընթացների մաթեմատիկական մոդելավորումը բիոինֆորմատիկա չէ։
Բիոինֆորմատիկան օգտագործում է կիրառական մաթեմատիկայի, վիճակագրության և համակարգչային գիտության մեթոդներ։ Հաշվողական կենսաբանության ոլորտում հետազոտությունները հաճախ հատվում են համակարգերի կենսաբանության հետ։ Այս ոլորտում հետազոտողների հիմնական ջանքերն ուղղված են գենոմների ուսումնասիրությանը, սպիտակուցների կառուցվածքի վերլուծությանը և կանխատեսմանը, միմյանց և այլ մոլեկուլների հետ սպիտակուցային մոլեկուլների փոխազդեցությունների վերլուծությանը և կանխատեսմանը, ինչպես նաև էվոլյուցիայի վերականգնմանը։
Բիոինֆորմատիկան և դրա մեթոդները նույնպես օգտագործվում են կենսաքիմիայի, կենսաֆիզիկայի, էկոլոգիայի և այլ ոլորտներում։ Բիոինֆորմատիկայի նախագծերում հիմնական գիծը մաթեմատիկական գործիքների օգտագործումն է, որպեսզի օգտակար տեղեկությունները «աղմկոտ» կամ չափազանց ծավալուն տվյալներից քաղվեն ԴՆԹ-ի կառուցվածքի և փորձարարորեն ստացված սպիտակուցների կառուցվածքի վրա։


= Վեբ ծառայությունները բիոինֆորմատիկայի մեջ =
SOAP- ի և REST- ի վրա հիմնված ինտերֆեյսերը մշակվել են կենսաինֆորմատիկայի լայնածավալ ծրագրերի համար, որոնք թույլ են տալիս աշխարհի մի մասում մեկ համակարգչով աշխատող մի ծրագիր օգտագործել աշխարհի այլ մասերում սերվերների վրա ալգորիթմներ, տվյալներ և հաշվարկային ռեսուրսներ։ Հիմնական առավելությունները բխում են այն փաստից, որ վերջնական օգտագործողները ստիպված չեն գործ ունենալ ծրագրային ապահովման և տվյալների բազաների սպասարկման գլխավոր ծախսերի հետ։
Բիոինֆորմատիկայի հիմնական ծառայությունները EBI- ի կողմից դասակարգվում են երեք կատեգորիայի ՝ SSS (հաջորդականության որոնման ծառայություններ), MSA (բազմակի հաջորդականության հավասարեցում) և BSA (կենսաբանական հաջորդականության վերլուծություն):Ծառայությունների վրա հիմնված բիոինֆորմատիկայի այս ռեսուրսների առկայությունը ցույց է տալիս վեբ-բիոինֆորմատիկայի լուծումների կիրառելիությունը և տատանվում է միայնակ, ինքնուրույն կամ համացանցի վրա հիմնված ինտերֆեյսի տակ ինքնուրույն գործիքների հավաքածուից ՝ ընդհանուր տվյալների ձևաչափով ինքնուրույն գործիքների հավաքածուից մինչև ինտեգրատիվ, բաշխված և ընդարձակելի կենսաինֆորմատիկա՝ աշխատանքային հոսքի կառավարման համակարգեր։


= Տվյալների բազաներ =
Տվյալների բազաները անհրաժեշտ են կենսաֆորմատիկական հետազոտությունների և կիրառական ծրագրերի համար։ Բազմաթիվ տվյալների բազաներ կան, որոնք ընդգրկում են տեղեկատվության տարբեր տեսակներ ՝ օրինակ ՝ ԴՆԹ և սպիտակուցային հաջորդականություններ, մոլեկուլային կառուցվածքներ, ֆենոտիպեր և կենսաբազմազանություն։ Տվյալների բազաները կարող են պարունակել էմպիրիկ տվյալներ (ուղղակիորեն ստացվել են փորձերից), կանխատեսված տվյալներ (վերլուծությունից ստացված) կամ, ամենատարածված, երկուսն էլ։ Դրանք կարող են հատուկ լինել որոշակի օրգանիզմի, հետաքրքրության ուղու կամ մոլեկուլի համար։ Այլընտրանքով ՝ նրանք կարող են ներառել բազմաթիվ այլ տվյալների շտեմարաններից կազմված տվյալներ։ Այս տվյալների բազաները տարբերվում են իրենց ձևաչափով, մուտքի մեխանիզմով և անկախ նրանից ՝ դրանք հրապարակային են, թե ոչ։
Ստորև բերված են ամենատարածված տվյալների բազայից մի քանիսը։ Ավելի ընդգրկուն ցուցակի համար ստուգեք ենթաբաժնի սկզբում առկա հղումը։

Օգտագործվում է կենսաբանական հաջորդականության վերլուծության մեջ. Genbank, UniProt
Օգտագործվում է կառուցվածքի վերլուծության մեջ. Protein Data Bank (PDB)
Օգտագործվում է սպիտակուցային ընտանիքների և մոտիվների հայտնաբերման մեջ. InterPro, Pfam
Օգտագործվում են ցանցային վերլուծության մեջ. KEGG, BioCyc
Օգտագործվում է սինթետիկ գենետիկական սխեմաների նախագծման մեջ. GenoCAD


= Կրթական ծրագրեր =
Ծրագրային ապահովման պլատֆորմները, որոնք նախատեսված են բիոինֆորմատիկայի հասկացություններն ու մեթոդները ուսուցանելու համար, ներառում են առցանց դասընթացներ, որոնք առաջարկվում են Շվեյցարիայի “Բիոինֆորմատիկա” ուսումնական պորտալի միջոցով։ Կանադական “Բիոինֆորմատիկա” սեմինարները տրամադրում են տեսանյութեր և սլայդներ իրենց կայքում տեղադրվող ուսումնական սեմինարներից ՝ Creative Commons արտոնագրի ներքո։ 4273π նախագիծը նախագիծը  նաև առաջարկում է բաց աղբյուրների ուսումնական նյութեր՝ անվճար։ Դասընթացն անցնում է Raspberry Pi համակարգիչների ցածր գներով և օգտագործվում է սովորեցնելու մեծահասակներին և դպրոցական աշակերտներին։ 4273π- ն ակտիվորեն մշակվում է ակադեմիկոսների և հետազոտական ​​անձնակազմի կոնսորցիումի կողմից, որն իրականացրել է հետազոտական ​​մակարդակի բիոինֆորմատիկա ՝ օգտագործելով Raspberry Pi համակարգիչները և 4273π գործող համակարգը։
MOOC հարթակները նաև առցանց սերտիֆիկատներ են տալիս բիոինֆորմատիկայի առարկաներում, ներառյալ Coursera- ի “Բիոինֆորմատիկա” - ի մասնագիտացումը և Genomic Data Science մասնագիտացումը, ինչպես նաև EdX- ի տվյալների վերլուծությունը Life Science XSeries- ում (Հարվարդ)։ Հարավային Կալիֆոռնիայի համալսարանն առաջարկում է մագիստրոսական թարգմանական բիոինֆորմատիկա ՝ կենտրոնանալով կենսաբժշկական կիրառությունների վրա։


= Ծանոթագրություններ =
Simonyan, Vahan; Goecks, Jeremy; Mazumder, Raja (2017). "Biocompute Objects—A Step towards Evaluation and Validation of Biomedical Scientific Computations". PDA Journal of Pharmaceutical Science and Technology. Վերցված է 20-10-2019
"Open Bioinformatics Foundation: About us". Official website. Open Bioinformatics Foundation. Վերցված է 20-10-2019
Hogeweg P. Searls, David B. (ed.). "The Roots of Bioinformatics in Theoretical Biology". PLoS Computational Biology. Վերցված է 20-10-2019
Moody, Glyn. Digital Code of Life: How Bioinformatics is Revolutionizing Science, Medicine, and Business, Վերցված է 20-10-2019
Johnson G, Wu TT. "Kabat Database and its applications: 30 years after the first variability plot". Nucleic Acids Res. Վերցված է 20-10-2019


= Գրականություն =
U.S. Department of Energy Genome Research Programs (2008). «PRIMER: Genomics and Its Impact on Science and Society: The Human Genome Project and Beyond» (pdf)
The Human Protein Atlas www.proteinatlas.org.
Grau, J.; Ben-Gal, I.; Posch, S.; Grosse, I. VOMBAT: prediction of transcription factor binding sites using variable order Bayesian trees (PDF).
The International HapMap Consortium (2005). «A haplotype map of the human genome».
Murray-Rust, P., et al. (2005). «Chemistry in Bioinformatics» (pdf).


= Արտաքին հղումներ =
ԴՆԹ-ն վերծանելու և կյանքի մահացու հիվանդությունները բուժելու միջոց
Ի՞նչ է բիոինֆորմատիկան
Բիոինֆորմատիկայի նպատակները
Բիոինֆորմատիկայի տվյալները
Բաց կենսաինֆորմատիկայի հիմնադրամ