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

Jak se žije stromům v Brně? Vědci z Mendelovy univerzity zkoumají jejich stresové podmínky

Jak se žije stromům v Brně? Vědci z...

Odborníci z Mendelovy univerzity se tento týden zabývají zkoumáním...
Hledání náhrad za ztracené smysly

Hledání náhrad za ztracené smysly

Smysly jsou pro každého živočicha, ba i pro rostliny nezbytným nástrojem k...
Na baseballový zápas poprvé v historii dohlížel robot

Na baseballový zápas poprvé v...

Ve čtvrtek 11. 7. došlo k významnému pokroku ve světě baseballu. Tento...
Robotičtí rodiče: Nahradí ty lidské?

Robotičtí rodiče: Nahradí ty...

Zamysleli jste se někdy nad tím, jakým by byl robot rodičem?...
Opuštěná antarktická základna provede výzkum bez přítomnosti lidí

Opuštěná antarktická základna...

Je to už taková tradiční záležitost, že museli polárníci opět evakuovat...
Miniaturní americké drony Black Hornet čeká první akce

Miniaturní americké drony Black...

Je to již několik měsíců, co média informovala o dokončení vývoje nových...
Solární robovčela přilétá

Solární robovčela přilétá

Jmenuje se RoboBee X-Wing a za jejím sestrojením stojí vědci z...
Autonomní roboti-zabijáci čekají na svou chvíli. Bude to již za dva roky?

Autonomní roboti-zabijáci čekají...

Na webu Vox se před několika dny objevil článek na téma autonomních...
Američané vyvinuli čtečku otisků prstů, která bude zachraňovat životy

Američané vyvinuli čtečku otisků...

Bude levná a lehce přenosná, ale její význam bude obrovský! Nová čtečka...
První nositelný senzor bez baterie pro zlepšení bezpečnosti pokožky na slunci

První nositelný senzor bez baterie...

Firma La Roche-Posay tento týden oznámila celosvětové uvedení My Skin...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Všechny krásy Říma

Všechny krásy Říma

Do hlavního města Itálie se dá jet kdykoli. Užasnete pokaždé, když...
Projeďte Benešov vláčkem! Doveze vás až na Konopiště

Projeďte Benešov vláčkem! Doveze...

Městský turistický ekovláček můžeme využít v turistické sezoně od dubna do...
Český kras: Kraj posetý skalami

Český kras: Kraj posetý skalami

Chráněná krajinná oblast založená roku 1972 se rozkládá mezi Radotínem a...
Hornický skanzen Mayrau: Vinařice u Kladna

Hornický skanzen Mayrau:...

Ve Vinařicích u Kladna můžeme navštívit jedinečnou technickou památku –...
Empírová Kačina: Bílý dům Česka

Empírová Kačina: Bílý dům Česka

Majestátní zámek ve tvaru otevřené podkovy, nazývaný mimo jiné také „český Bílý...
Cyklotrasa: Ze Stromovky do Roztok

Cyklotrasa: Ze Stromovky do Roztok

Tato cyklotrasa nabízí nádherné výhledy do krajiny a vesměs klidnou cestu bez...
Podzemí Benešova: EXPERIMENTA nezklame

Podzemí Benešova: EXPERIMENTA...

Jako návštěvníci Benešova můžeme zamířit do podzemní! Nově zpřístupněné...
Pivní lázně v Česku: Kde se pivo vaří

Pivní lázně v Česku: Kde se pivo...

Tam se dobře daří! Máte-li rádi zlatavý mok, dopřejte si relax v pivních lázních!...
Pro děti: Botanicus Ostrá s vůní bylinek

Pro děti: Botanicus Ostrá s vůní...

Středověká vesnička (mezi Lysou nad Labem a Nymburkem), založená roku 1999, postavená...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

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