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

Čínský obojživelný obr vzlétne v roce 2022

Čínský obojživelný obr vzlétne v...

Společnost Aviation Industry Corporation of China (AVIC) uvedla, že...
Videohra Kingdom Come jako pomůcka pro vysoké školy

Videohra Kingdom Come jako pomůcka...

Již za několik měsíců se chystá Masarykova Univerzita v Brně zahájit...
Apple představil nový typ výroby hliníku

Apple představil nový typ výroby...

Proces výroby hliníku se prakticky již 130 let nezměnil. Nicméně...
Tesla na tom není tak zle, jak to vypadá

Tesla na tom není tak zle, jak to...

Již na konci loňského roku se objevily informace, že automobilka Tesla postaví...
Jak usnadnit identifikaci cíle v nepříznivých podmínkách? Američané vyvíjí speciální technologii

Jak usnadnit identifikaci cíle v...

Výzkumné armádní laboratoře ve Spojených státech v současné době vyvíjí...
Indická policie nalézá pohřešované děti pomocí moderní technologie

Indická policie nalézá pohřešované...

Indická policie se rok co rok potýká s desetitisíci případy ztracených dětí. Muži...
V Berlíně byl představen bojový eurodron

V Berlíně byl představen bojový...

Společnosti Dassault, Airbus a Leonardo představili na berlínském Berlin...
Co si vzít na sebe na vesmírnou procházku?

Co si vzít na sebe na vesmírnou...

Vybavení astronautů mnohdy patří mezi skutečné technické zázraky. Třeba takový...
Specialisté vytvořili nový typ levné 3D tiskárny

Specialisté vytvořili nový typ...

Nový systém levného 3D tisku představili odborníci z univerzity...
Americká armáda hledá alternativu ke GPS. Systém je snadno napadnutelný

Americká armáda hledá alternativu...

Americká armáda využívá GPS systém zcela běžně. Jeho hlavní nevýhoda ovšem...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Česká konfese: Listina, kvůli níž se císař bál manželky

Česká konfese: Listina, kvůli níž se...

Císař Ferdinand I. od roku 1560 cítí, jak mu ubývají síly. Trápí ho zdraví, ale...
Sedm povolání, u kterých klouby trpí

Sedm povolání, u kterých klouby...

Každé zaměstnání má své výhody i nevýhody, a ne každému se poštěstí spravovat...
Na válečné stezce: 3 indiáni, před nimiž se běloši třásli strachy

Na válečné stezce: 3 indiáni, před...

Britští vojáci z ochozů pevnosti Michilimackinac u průlivu Mackinac mezi Michiganským a...
Největší socha ženy na světě: Spadne Matka vlast k zemi?

Největší socha ženy na světě:...

Vítr se prohání na Mamajevském návrší nad Volgogradem. Na obloze se honí černé...
Přehledně: Cesta k poznání atomu!

Přehledně: Cesta k poznání atomu!

Co je člověk člověkem, zajímá ho, z čeho je složen okolní svět. Už řečtí...
Jak skutečně žili lovci mamutů?

Jak skutečně žili lovci mamutů?

Proslulá kniha Eduarda Štorcha líčí lovce mamutů jako srstí porostlé...
VIDEO: Nešťastného muže „spoknul“ eskalátor!

VIDEO: Nešťastného muže...

Eskalátory patří k našemu životu stejně jako výtahy nebo obyčejné...
Genetika: Kdysi buržoazní pavěda, dnes zásadní pomocník medicíny

Genetika: Kdysi buržoazní pavěda,...

Lékařská genetika a genomika v posledních několika letech překročily řadu...
Utekla slavná pěvkyně Kalašová z vlasti kvůli intrikám?

Utekla slavná pěvkyně Kalašová z...

Nejprestižnější světové operní scény lidé málem zboří ovacemi, když v nich vystupuje půvabná operní zpěvačka Klementina...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

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