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

Nákladní vozy v USA bude pohánět vodík

Nákladní vozy v USA bude pohánět...

Jednou z automobilek, která zaznamenala výrazného pokroku s vodíkovými...
Nesmrtelný Hummer

Nesmrtelný Hummer

Není snad nikdo, kdo by neznal legendární vojenský Humvee,...
Do roku 2030 uzavře Nizozemsko uhelné elektrárny

Do roku 2030 uzavře Nizozemsko...

Postupně se začíná šířit informace, že vyspělé země chtějí v budoucnu...
General Motors představil vodíkovou platformu 4×4

General Motors představil...

Na zasedání Asociace armády Spojených států (AUSA 2017) představila...
DARPA vyvinula nový radar

DARPA vyvinula nový radar

Ozbrojenci islámského státu, syrští povstalci a další mají trik, jak čelit...
Největší český autosalón probíhá v Praze

Největší český autosalón probíhá...

Více než 40 renomovaných značek můžete od čtvrtka 5.10. až do neděle 8.10....
Volokoptéra poprvé oficiálně vzlétla v Dubaji

Volokoptéra poprvé oficiálně...

Bezpilotní osobní taxi již není pouhé sci-fi. V Dubaji totiž proběhl...
Nový mikročip s funkcí mozku

Nový mikročip s funkcí mozku

Univerzitní tým specialistů z Oxfordu a Exeteru vytvořil fotonický počítačový...
Nově položený podmořský kabel zvládne 160 Tb/s

Nově položený podmořský kabel...

Španělská telekomunikační společnost Telxius, spolu s firmami Facebook a...
Součástka z 3D tiskárny poprvé použita v letecké výrobě

Součástka z 3D tiskárny poprvé...

Technický pokrok je ve všech směrech patrný  dennodenně. Že by se ale již...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Sodíkové baterie: Budoucnost energie?

Sodíkové baterie: Budoucnost...

Shromažďování energie je v současnosti jedno z největších vědeckých témat. Klíčové...
Proč Stalina pohřbili tajně u zdi? Odpověď vás překvapí!

Proč Stalina pohřbili tajně u zdi?...

I dnes se najde v Rusku spousta lidí, kteří vám budou tvrdit, že Stalin...
Strašliví naguálové: Dovedli se indiánští šamani proměňovat v jaguáry?

Strašliví naguálové: Dovedli se...

Španěl následuje domorodého průvodce. Potomek Aztéků mu slíbil ukázat cestu ke...
Objevené bohatství: Nejznámější zlaté poklady všech dob

Objevené bohatství: Nejznámější...

Potopené lodě, zakopané truhly nebo hroby plné cenných...
Historie příborů: V 11. století mluví církev o vidličce jako o ďáblově nástroji!

Historie příborů: V 11. století mluví...

Podle odhadu odborníků používá svatou trojici lžička–vidlička–nůž denně asi...
Děsivé jihlavské popraviště: Bloudí zde duchové odsouzených?

Děsivé jihlavské popraviště:...

Na okraji Jihlavy se nachází kopec přezdívaný Krkavčí vrch. Jihlavané toto místo...
Fascinující zvířata: Proč se pandy naučily žrát bambus?

Fascinující zvířata: Proč se pandy...

Bambus tvoří 99 % jídelníčku pandy velké, přesto však není zažívání tohoto velkého...
Civilizační nemoci: Proč jsme proti nim bezradní?

Civilizační nemoci: Proč jsme...

Rakovina, cukrovka nebo obezita. To je jen malý výčet nemocí, kterými...
Příběh prvního anglického mafiána: Potopí ho až obyčejná krajka!

Příběh prvního anglického mafiána:...

Stal se prvním, komu se podařilo jako prvnímu ovládnout takřka celé...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

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