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 míruVědecky 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 pachateleDalší 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 bioinformatikyBioinformatikou 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/

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

Související články

Úspěch českého SPACE týmu společnosti Atos

Úspěch českého SPACE týmu...

Český SPACE tým společnosti Atos se bude podílet na vývoji testovacího zařízení...
Budoucnost Cadillacu: Bude se létat a jezdit bez řidiče

Budoucnost Cadillacu: Bude se...

„Obyčejnému“ luxusu zvoní umíráček. Americká automobilka...
Rok 2021 a připojení 15 nových jaderných bloků

Rok 2021 a připojení 15 nových...

Celkem 15 nových jaderných bloků o souhrnném instalovaném výkonu přes...
Telemedicína je dobrý sluha, ale špatný pán

Telemedicína je dobrý sluha, ale...

Pandemie koronaviru prohnala české zdravotnictví „urychlovačem“ a definitivně...
Češi a jejich kladivo na fake news

Češi a jejich kladivo na fake news

„Známá byla na testech, nevydržela čekat ve frontě, a šla domů, přesto dostala...
Jak se u nás testují Chytré silnice?

Jak se u nás testují Chytré...

O překážce na silnici víte dřív, než ji uvidíte. Krátce před úsekem,...
Projekt Crocodile: O bouračce v Česku ví i Bulhar

Projekt Crocodile: O bouračce v...

Ve světě vládne síla informace. A vůbec nejlepší je taková, která je srozumitelná. Staré...
Autonomní robot jako přehlížený spolubojovník: Důvěru vojáků v technologii má obnovit společný výcvik

Autonomní robot jako přehlížený...

Úzké propojení robotiky s armádou má trhlinu. Stroje, které jsou pověřeny...
Síla myšlenky: Americká armáda chce přístroj pro telepatickou komunikaci

Síla myšlenky: Americká armáda...

Americká armáda chystá další projekt jako vystřižený ze sci-fi filmu. V rámci...
Když si auta povídají a varují před kolizí…

Když si auta povídají a varují před...

Už teď učí Češi auta „povídat“ na vybraných úsecích českých dálnic,...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Porazit nacisty pomohla mafie! Slavný mafián Lucky Luciano v akci

Porazit nacisty pomohla mafie!...

Lucky Luciano se postupně probojoval mezi mafiánské špičky New Yorku. Jenže...
Pro DNA do knihovny

Pro DNA do knihovny

Jak zrychlit a zpřesnit stanovení diagnózy u pacientů? Cambridgeský...
Existenci slavného impéria uzavřel přestárlý povstalec

Existenci slavného impéria uzavřel...

Prosperitu vystřídají zmatky, slavné impérium už má nejlepší léta za sebou. V takové chvíli...
Historie fastfoodů: V Číně měly pouliční stánky s nudlemi otevřeno celou noc

Historie fastfoodů: V Číně měly...

„Plnou misku,“ poručí si Li, když přistoupí k pouličnímu prodavači u...
Tajemství izolepy: Proč funguje jako rentgen?

Tajemství izolepy: Proč funguje...

Pokud vám zrovna nedošla, určitě ji máte doma. Izolepa je přeci...
V-3: Superdělo s hlavní dlouhou 130 metrů!

V-3: Superdělo s hlavní dlouhou...

Země se zachvěje a vzápětí vyplivne kovový špunt, který si to zamíří do...
Bouřlivák O. J. Simpson: Skutečnou pravdu zná jen on a Bůh

Bouřlivák O. J. Simpson: Skutečnou...

Brentwood v Los Angeles je považován za celkem poklidnou čtvrť movitějších...
Církev slavných: Přináší scientologie dobro, nebo zlo?

Církev slavných: Přináší...

Stačí si na internetu zadat do vyhledávače výraz „scientologie“. Co vám...
Desetidenní válka: Jak Slovinci drtí silnějšího nepřítele

Desetidenní válka: Jak Slovinci drtí...

Výsledky slovinského referenda o vystoupení z jugoslávské unie z prosince 1990...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

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