Domů     Technika
Když se spojí biologie s počítači…
21.stoleti 18.11.2005

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/

Předchozí článek
Další článek
Související články
Technika Zajímavosti 13.11.2026
Elektromobil dokáže na dálnici uhánět stejně rychle jako vůz se spalovacím motorem. Jenže každé sešlápnutí akcelerátoru navíc se projeví na spotřebě, dojezdu i počtu nabíjecích zastávek. U nového Subaru Solterra jsme si proto položili jednoduchou otázku: Jak rychle jet, aby cesta dlouhá tisíc kilometrů zabrala co nejméně času? Odpověď překvapivě neleží ani u dálniční stovky, […]
Technika 13.11.2026
Když máte vlastní fotovoltaickou elektrárnu, nabízí se celkem jednoduchá úvaha: proč neukládat co nejvíce vyrobené elektřiny do baterie? Zvlášť když přebytky dodávané do distribuční sítě vykupují obchodníci často za poměrně nízké ceny. Nebylo by výhodnější pořídit si větší úložiště, schovat do něj co nejvíce energie a využít ji později, když ji sami potřebujete?   Na […]
Technika Vesmír 12.11.2026
Představte si, že se blíží půlnoc, hodiny ukazují 23:59:59 a místo očekávaného nového dne se na okamžik zastaví. Přesně to se občas děje. Vědci totiž musí napravovat drobné nepřesnosti v otáčení Země a přidávat do světového času jednu sekundu navíc. Této zvláštnosti se říká přestupná sekunda. Její dny jsou ale sečteny. Od května 2027 začne […]
Český astronaut na palubě rakety připravené ke startu – takový obrázek by měla nabídnout blízká budoucnost roku 2027. Na plánované misi budou využity i poznatky, získané tuzemskými vědci díky špičkovému kobaltovému ozařovači. Problematika ionizujícího záření představuje důležité téma, jemuž se vedle mnoha dalších intenzivně věnuje Ústav jaderné fyziky Akademie věd ČR (ÚJF AV ČR). Už […]
Medicína Technika 17.10.2026
Umělá inteligence na jedné straně pomáhá vědcům vyvíjet nové léky, analyzovat genetické informace a hledat způsoby, jak porazit nebezpečné nemoci. Na straně druhé její nepopiratelné schopnosti by se mohly dostat do rukou teroristů nebo agresivních států. Britská rozvědka MI5 varuje, že AI může zásadně změnit možnosti vývoje biologických zbraní. Ředitel britské kontrarozvědky MI5 Ken McCallum […]
reklama
Nejčtenější články
za poslední
24 hodin    3 dny    týden
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Katastrofa, která vymazala přístav z mapy. Mohl výbuch v Halifaxu konkurovat explozi jaderné bomby?
epochaplus.cz
Katastrofa, která vymazala přístav z mapy. Mohl výbuch v Halifaxu konkurovat explozi jaderné bomby?
Stačí jediná srážka dvou lodí a během několika minut se z rušného kanadského přístavu stává peklo na zemi. Halifax 6. prosince 1917 zasáhne exploze tak ničivá, že její sílu překonají až atomové bomby. Na vině přitom není nepřátelský útok ani sabotáž, ale tragická kombinace lidských chyb, hořící lodi a nákladu, který by se rozhodně neměl
Sloužil vyšebrodský klášter gestapu jako skrýš?
historyplus.cz
Sloužil vyšebrodský klášter gestapu jako skrýš?
Některé nakoupí, většinu však nakrade. Hitler za druhé světové války shromáždí nespočet uměleckých pokladů. Plánuje, že je vystaví v rakouském Linci, z něhož chce udělat hlavní umělecké město Evropy. Než se tak stane, mnoho vzácných děl uschová v jižních Čechách.   Rožmberský vládce Vok I. (†1262) roku 1259 zakládá ve Vyšším Brodě klášter, do kterého pozve cisterciáky z rakouského
LITOMĚŘICKÝ ADVENTNÍ JARMARK
epochanacestach.cz
LITOMĚŘICKÝ ADVENTNÍ JARMARK
Hrad v Litoměřicích připravil den plný vánoční inspirace, tradičních řemeslných výrobků, originálních dekorací a drobných dárků pro vaše blízké. Chybět nebudou ani pekařské a cukrářské dobroty, voňavé pochutiny a pestrý doprovodný program. Na své si přijdou také děti, pro které budou připraveny tvořivé dílničky s vánoční tématikou a setkání se živými zvířátky. Můžete se přihlásit
Nový test datuje Turínské plátno do Ježíšovy doby! Je zázračná relikvie pravá?
enigmaplus.cz
Nový test datuje Turínské plátno do Ježíšovy doby! Je zázračná relikvie pravá?
Nová vědecká metoda odhalila, že Turínské plátno může skutečně pocházet z 1. století, tedy z doby kolem smrti a zmrtvýchvstání Ježíše Krista. Výzkum také naznačuje, že relikvie strávila dlouhou dobu n
reklama
Copyright © RF-Hobby.cz
Provozovatel: RF HOBBY, s. r. o., Bohdalecká 6/1420, 101 00 Praha 10, IČO: 26155672, tel.: 420 281 090 611, e-mail: sekretariat@rf-hobby.cz