Když se spojí biologie s počítači…

Moderní vědní obor bioinformatika dnes slouží nejen při luštění genomu či modelování neznámých molekul pro vývoj nových léků, ale také například v kriminalistice, kde se s jeho pomocí dá třeba usvědčit pachatel trestného činu.Moderní vědní obor bioinformatika dnes slouží nejen při luštění genomu či modelování neznámých molekul pro vývoj nových léků, ale také například v kriminalistice, kde se s jeho pomocí dá třeba usvědčit pachatel trestného činu.

V 90. letech minulého století dostalo zelenou nové vědní odvětví zvané bioinformatika, které využívá všech nejnovějších znalostí v oboru biologie, stále výkonnějších počítačů a v neposlední řadě i všudypřítomného internetu. Možnosti využití bioinformatického výzkumu jsou nedozírné.

Bez počítače by to nešlo

Počítače zasahují do stále více oborů lidské činnosti. Nejinak je tomu tedy i v biologii, kde vědci zkombinováním obrovské výpočetní síly počítačů a vědomostí z „klasické“ biologie hledají vzájemné souvislosti mezi různými organismy v celém evolučním vývoji. To by se bez schopností počítačů namohlo nikdy podařit.
Asi nejznámější z tohoto hlediska je snaha o rozluštění genetických informaci, které si v sobě každý živý tvor nese. Bioinformatika rovněž usiluje o možnost předpovídat funkce biologických molekul, které na základě dědičné informace vznikají. 

Brzdy na míru

Vědecky atraktivní součástí bioinformatiky je počítačové modelování trojrozměrných struktur biologických molekul, které zatím nebyly získány experimentálně. K čemu je nám taková znalost jejich prostorové struktury? Farmaceutické koncerny například vyrábějí léky takzvaně „na míru“, což jsou  relativně malé molekuly, které přesně, jako klín do ozubeného soukolí, zapadnou do velké biomolekuly a zablokují tak její činnost. Jedná-li se o nějaký důležitý enzym, bez něhož nemůže určitý druh bakterie přežít, pak se tato malá molekula stane specifickým antibiotikem a medicína postoupí zase o krůček dál. Bez znalosti tvaru velké molekuly ovšem vědci nemohou takový účinný lék navrhnout.

Jak se modeluje protein?

Řada prostorových struktur biomolekul (jedná se zejména o proteiny) již byla určena experimentálně, avšak takový postup je velice pracný a zdlouhavý. Je ovšem známo, že i příroda často používá osvědčené metody a že se tedy některé proteiny navzájem velmi podobají. Tak se ve vědeckých hlavách zrodila myšlenka, že by se dala prostorová struktura nějaké molekuly odvodit na základě analogie s jinou molekulou. Základním předpokladem je, aby obě srovnávané molekuly měly do jisté míry podobný sled aminokyselin, které je tvoří.
Protein si můžeme představit jako řetízek korálků (aminokyselin), zmuchlaný do klubka, avšak tento chuchvalec, i když se to na první pohled nezdá, má přesně danou architekturu. Vlastní modelování pak probíhá v podstatě tak, že oba řetízky natáhneme, přilepíme je k sobě v místech, kde si odpovídají, a pak je současně zmuchláme do původního tvaru „klubka“ – proteinu.

Po stopách pachatele

Další zajímavou kapitolou bioinformatiky je určování příbuzenských vztahů mezi různými organismy, které se vyvinuly během několika milionů let evoluce. Historické způsoby klasifikace rostlin a živočichů byly založeny na vzájemném srovnávání jejich anatomických znaků. První přírodovědci odvedli obrovský kus práce, ale v některých případech, jak později vyšlo najevo, se spletli,.
Dnes má věda k dispozici výkonné laboratorní přístroje zvané sekvenátory, které „přečtou“ genetickou informaci (často stačí i její část) prakticky kteréhokoli organismu. Používají se mj. v soudním lékařství při identifikaci obětí či pachatelů, kdy k dispozici není jiný důkaz než kousek tkáně.

Prvotním výstupem ze sekvenátorů je dlouhá řada písmen, která nezasvěcenému člověku připadne jako nerozluštitelná šifra. Ve světových databázích však existují obrovská množství písmenných sekvencí, které byly získány obdobným způsobem. A zde přicházejí na řadu supervýkonné počítače, jež srovnají nově nalezenou sekvenci s dříve určenými „šiframi“ a přisoudí jí nové místo ve světové databázi. Známe-li druh organismu, ze kterého byla tkáň získána, můžeme jeho „šifru“ porovnat se sekvencemi organismů, o nichž se domníváme, že jsou příbuzné a tuto domněnku pak potvrdit či vyvrátit.
Řada organismů dosud čeká na své objevení (zejména v deštných pralesích nebo na mořském dně) a bioinformatika bude výkonným nástrojem, který pomůže tyto zoologické či botanické „nováčky“ správně zařadit do již existujícího taxonomického systému.

Rozluštíme sami sebe?

Sekvenátory se dnes používají i k rozsáhlým projektům, jako je přečtení kompletní genetické informace (tzv. genomu) vybraného organismu. Je to zdlouhavá práce a přestože již některé organismy byly „přečteny“, výsledky ještě nejsou navenek zcela zřejmé. Nejvyšší metou bioinformatiky je totiž rozluštění genomu, tedy určení funkcí jednotlivých úseků DNA, která je nositelkou genetických informaci. Tento úkol je neobyčejně náročný, protože  struktura DNA je vysoce komplikovaná a příroda ji „zašifrovala“ tak dobře, že ani po několika desetiletích výzkumů nedokáže současná věda spolehlivě určit funkce některých neznámých úseků DNA.
Proslulý projekt HUGO, jehož úkolem bylo přečtení kompletního lidského genomu, byl dokončen na začátku tohoto století. Nikdo však zatím nedokáže odhadnout, jak dlouho bude trvat, než plně porozumíme genetické informaci, kterou v sobě nosíme. Až se tak jednou stane, možná budeme svědky tolik diskutovaných genových manipulací, které by snad mohly zabránit propuknutí některých vážných chorob. 


Internetový svět bioinformatiky

Bioinformatikou se zabývá řada výzkumných ústavů na celém světě: 
· European Bioinformatics Institute (EBI): http://www.ebi.ac.uk/

· National Center for Biotechnology Information (NCBI): http://www.ncbi.nlm.nih.gov/
· Swiss Institute of Bioinformatics (SIB): http://www.isb-sib.ch/

Databáze biologických dat jsou většinou volně přístupné každému, kdo o ně projeví zájem. Informace jsou přehledně uspořádány a návštěvník internetových stránek zde najde i podrobná vysvětlení, pokud něčemu nerozumí.
· Entrez: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gquery/gquery.fcgi

· Universal Protein Resource (UniProt): http://www.expasy.uniprot.org/
· Protein Data Bank (PDB): http://www.rcsb.org/pdb/

Rubriky:  Technologie
Publikováno:
Další články autora
Právě v prodeji
Tip redakce

Související články

Tesla chce s vylepšeným Autopilotem přejet USA

Tesla chce s vylepšeným...

Není žádným tajemstvím, že právě Tesla neustálé zdokonaluje asistenční...
Londýn má první ulici, která dokáže vyrábět elektřinu

Londýn má první ulici, která dokáže...

Pokud se chystáte do Londýna, měli byste navštívit uličku Bird Street,...
Daimler investuje přes půl miliardy korun do elektrické helikoptéry

Daimler investuje přes půl...

O německém projektu Volocopter jsme vás již informovali. Nyní se ale...
Římané dokázali vyrobit extrémně odolný beton

Římané dokázali vyrobit extrémně...

Římské stavby, při jejichž konstrukci byl použit beton, odolávají i 1500 let po pádu...
Čeští vědci řeší, jak ušetřit vodu

Čeští vědci řeší, jak ušetřit vodu

Byť Česká republika není subsaharskou zemí, i jí začíná trápit nedostatek...
Ve Francii se objevily solární stromy, které dobijí baterky

Ve Francii se objevily solární...

eTree, jsou umělé stromy, které dokážou dobít baterky, ale také ochránit...
Premiérový elektromagnetický start stíhačky z letadlové lodi

Premiérový elektromagnetický start...

F/A-18F Super Hornet premiérově odstartovala z letadlové lodě USS...
DragonFly, polská zbraň budoucnosti

DragonFly, polská zbraň budoucnosti

Technologie dronů se stále zdokonaluje a využití těchto strojů se...
Vědci by chtěli přeprogramovat planetu přímým zásahem do atmosféry

Vědci by chtěli přeprogramovat...

Globální oteplování je na každodenním seznamu odborníků. Jisté kroky se...
Pomůže chytrá digitální váha BeeSpy zachránit včely?

Pomůže chytrá digitální váha...

Čeští včelaři možná budou mít v boji s úhynem včel pomocníka. Systém pro...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Zkáza Pompejí: Ryby boha nejspíš neuspokojily

Zkáza Pompejí: Ryby boha nejspíš...

Kněží postupně přistupují k obětnímu ohni a vhazují do plamenů ryby. Pak následují...
3x letecké katastrofy: Může za ně armádní omyl i láhev alkoholu

3x letecké katastrofy: Může za ně...

Slyšeli jste o černém víkendu v Biggin Hill? Během jedné...
Pruský král Fridrich II. Veliký: Omdléval hrdina bitev při pohledu na umírající?

Pruský král Fridrich II. Veliký:...

Popravčí koná svoji práci. Hlavu mladého poručíka jednou ranou oddělí od...
Tajemství mysli: Existuje dědičná paměť?

Tajemství mysli: Existuje dědičná...

Uričté věci, jako bychom instinktivně tušili, aniž by nás je někdo učil. Už od...
Krimi z Kanady: Sestra smrt kosí lidi bez slitování

Krimi z Kanady: Sestra smrt kosí...

Žena pokorně sklání hlavu. „Pastore, chci ulehčit svému svědomí,“ říká...
Objev v Moskvě! Jak se odposlouchávali Tataři?

Objev v Moskvě! Jak se...

Co má nepřítel za lubem? To si přeje vědět každý vojevůdce a...
Kdy od jaderné války dělilo svět 7 minut?

Kdy od jaderné války dělilo svět...

Sila se otevírají. K nebi s děsivým rachotem stoupají rakety...
Bílá paní jindřichohradecká: Zjevila se i jezuitům?

Bílá paní jindřichohradecká:...

Člen Tovaryšstva Ježíšova Jiří Mlynář udiveně vzhlédne. V poledním slunci spatří...
VIDEO: Dechberoucí vrak lodi Sweepstakes

VIDEO: Dechberoucí vrak lodi...

Jen pár metrů pod klidnou, třpytící se hladinou zátoky Big Tub (Velká vana)...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

V našem profesionálně sestaveném testu ihned zjistíte přesné výsledky a obdržíte certifikát.