Εφαρμογές απεικόνισης και εξόρυξης δεδομένων σε βιολογικές βάσεις δεδομένων
Authors: Χατζής Ιωάννης 
Published: September 2021

Τα τελευταία χρόνια είναι έντονο το φαινόμενο της αύξησης και συσσώρευσης βιολογικών δεδομένων σε διεθνείς βάσεις δεδομένων. Ο μεγάλος αριθμός των καταχωρημένων νουκλεοτιδικών αλληλουχιών (π.χ. ολόκληρα γονιδιώματα, ESTs DNA και mRNA) και πρωτεϊνικών αλληλουχιών, των τρισδιάστατων δομών των βιομακρομορίων, καθώς επίσης και η χαρτογράφηση και αλληλούχηση ολόκληρων γονιδιωμάτων, είχε ως αποτέλεσμα τη συγκέντρωση ενός τεράστιου όγκου ακατέργαστων δεδομένων εκτεταμένης πολυπλοκότητας. Οι ερευνητές για να ανταποκριθούν σ’ αυτή την πρόκληση έκριναν απαραίτητη τη χρήση ηλεκτρονικών υπολογιστών για την αποτελεσματική αποθήκευση, οργάνωση, ανάλυση και ερμηνεία αυτής της πληθώρας βιολογικών δεδομένων. Με την ταυτόχρονη έντονη ανάπτυξη της Πληροφορικής, δημιουργήθηκαν οι κατάλληλες προϋποθέσεις για την ανάπτυξη ενός νέου και συνεχώς εξελισσόμενου επιστημονικού πεδίου, της Βιοπληροφορικής. Η πρώτη εφαρμογή δημιουργήθηκε χρησιμοποιώντας τεχνολογία και εργαλεία που αναπτύχθηκαν και υποστηρίζονται από τη Microsoft. Πρόκειται για την RGDtrip, μια εφαρμογή που σχεδιάστηκε και υλοποιήθηκε, με σκοπό την αποθήκευση, διαχείριση και επεξεργασία δεδομένων πρωτεϊνών που περιέχουν το τριπεπτίδιο RGD. Το ερευνητικό ενδιαφέρον εμφανίστηκε από την πρώτη βιβλιογραφική ανασκόπηση και αξιολόγηση όλων των αλληλουχιών RGD και βρόχων σε υποδοχείς μεταξύ των ειδών το 1998 και την επαλήθευση ότι η εμφάνιση τέτοιων αλληλουχιών σε υποδοχείς θα μπορούσε να σημαίνει ότι αυτές οι αλληλουχίες θα ήταν σε δομές τύπου βρόχου / βρόχου και ότι αυτές οι δομές θηλειάς θα μπορούσαν να συνεπάγονται επίσης λειτουργία κυτταρικής προσκόλλησης για υποδοχείς. Αυτό δημιούργησε μια ενδιαφέρουσα υπόθεση, ότι οι βρόχοι RGD μπορούν να προσθέσουν μια συνάρτηση κυτταρικής προσκόλλησης στους υποδοχείς. Η ανάγκη φυλογενετικής και συγκριτικής λειτουργικής έρευνας, απαιτεί ισχυρές αλλά διαισθητικές και φιλικές προς τον χρήστη μαζικές δοκιμές σύγκρισης για την επίτευξη αρχικών αποτελεσμάτων συσχετισμού. Ως αποτέλεσμα, υπάρχει μια επιτακτική ανάγκη να αντιπροσωπεύονται οι πληροφορίες σε οπτική μορφή, επιτρέποντας στους ερευνητές να αναλύουν τα δεδομένα και να αποκτούν ουσιαστικές γνώσεις, αποκαλύπτοντας τα υποκείμενα μοντέλα και ενδεχομένως, προηγούμενες αόρατες συσχετίσεις μεταξύ μεγάλων συνόλων δεδομένων. Για τη δημιουργία της δεύτερης εφαρμογής χρησιμοποιήθηκαν εργαλεία ελεύθερου λογισμικού και λογισμικό ανοικτού κώδικα (ΕΛ/ΛΑΚ). Η εφαρμογή fungibase δημιουργήθηκε με σκοπό την καταγραφή και αποθήκευση των διαφόρων ψηφιακών καταθετηρίων, που επικεντρώνονταν σε χαρακτηριστικά του μικροοργανισμού ενδιαφέροντος (αλληλουχίες, μεταβολικές οδούς, φαινοτύπος) και όχι στον υποκείμενο μεθοδολογικό ιστό. Πιο συγκεκριμένα, η αλματώδης εξέλιξη της μοριακής (αλλά και της συμβατικής) μυκητολογίας στη Φαρμακευτική έρευνα, σε ιατρικό, φαρμακευτικό και βιοτεχνολογικό επίπεδο δημιούργησε ένα χάος ως προς την πρόσβαση στα αποτελέσματα της αντίστοιχης έρευνας που υπήρξε ογκώδης, άναρχη, πολυδιασπασμένη και ευκαιριακή.Ωστόσο, ο αρχικός σχεδιασμός της fungibase δεν αφορά σε σύνθετες λειτουργίες και πολύπλοκη επεξεργασία ή εξόρυξη δεδομένων. Περιλαμβάνει στοιχειώδη εργαλεία αναζήτησης και οπτικοποίησης των δεδομένων της βάσης δεδομένων. Δίνει τη δυνατότητα στον ερευνητή να αναζητήσει πληροφορίες με βάση τη μεθοδολογία, πεδία μεθοδολογίας ή/και είδη μυκήτων, προκειμένου να ελεγχθεί αν μια τεχνική έχει εφαρμοστεί σε συγκεκριμένο μύκητα και τι αποτελέσματα είχε, ή το σε ποια είδη έχει εφαρμοστεί μια μέθοδος ή παράμετρος μεθόδου και τα αποτελέσματα, μαζί με τις μεθοδολογικές αποκλίσεις (πχ εκκινητές PCR σε διαφορετικά είδη μυκήτων με διαφορετικά προγράμματα θερμικών κυκλοποιητών). Και στις δύο περιπτώσεις, έγινε προσπάθεια εφαρμογής της νέα και πολλά υποσχόμενης προσέγγισης για την επεξήγηση των δεδομένων, γνωστή ως οπτική εξόρυξη δεδομένων, που προέκυψε από την τεχνολογική σύζευξη των αυτοματοποιημένων αλγορίθμων εξόρυξης δεδομένων και των τεχνικών οπτικοποίησης. Η αξιοποίηση τόσο των μεθόδων αυτόματης ανάλυσης όσο και της ανθρώπινης αντίληψης υπόσχεται πιο αποτελεσματική επιθεώρηση, κατανόηση και αλληλεπίδραση με τεράστιες συλλογές δεδομένων.