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

Vědci získávají oxid křemičitý ze slupek od rýže

Vědci získávají oxid křemičitý ze...

Liberečtí vědci objevili metodu, kterou lze získat oxid křemičitý ze slupek od...
Partnerská válka o prostor v posteli? Ford nabízí řešení, inspirované systémem udržování jízdních pruhů

Partnerská válka o prostor v posteli? Ford...

Má-li Váš partner tendenci opouštět svou stranu postele a neustále se...
Zkušební zážeh motoru Raptor

Zkušební zážeh motoru Raptor

Společnost SpaceX se netají svými vesmírnými ambicemi. V jejím...
Laserový systém dokáže přenášet zvuk až k uchu příjemce

Laserový systém dokáže přenášet...

Představte si tu možnost dostávat signály přímo až k uchu, aniž by je mohl zaznamenat...
Panda do Evropy?

Panda do Evropy?

Čínská společnost DeepBlue Technology představila začátkem tohoto roku na...
Umělá inteligence překoná lékaře – v budoucnu bude rozpoznávat vzácné genetické poruchy

Umělá inteligence překoná lékaře – v...

Na trhu se již lze setkat s chytrými telefony, které v sobě mají...
Kdo bude slídilem roku? Nejvíce nominací získal Facebook

Kdo bude slídilem roku? Nejvíce...

Z 34 návrhů na slídila za loňský rok patřily hned 3 populární sociální...
Marketingu už se nevyhne ani vesmír. Rusové se chystají umístit reklamu na oběžnou dráhu

Marketingu už se nevyhne ani vesmír....

Ruská společnost StartRocket vzbudila na počátku ledna velký rozruch...
Aplikace vám ušetří za elektřinu

Aplikace vám ušetří za elektřinu

Nová aplikace pro mobilní telefony, vyvinutá na Vysokém učení technickém...
Nabíjení elektromobilů snadno a rychle? V Kanadě mají jedinečnou technologii

Nabíjení elektromobilů snadno a...

Kanadská společnost GBatteries má na dosah ruky technologii, která dokáže...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Starověké zákony: Ženu žijící s více muži čeká ukamenování!

Starověké zákony: Ženu žijící s více...

Mladá žena se snaží si lokty chránit obličej. Daří se jí to jenom...
Aktuálně: Vztek Rusů nad nedostavěným kosmodromem

Aktuálně: Vztek Rusů nad...

Ruský předseda vlády Dmitrij Medveděv nešetřil kritikou vůči agentuře Roskosmos...
VIDEO: Vtipné pády na lanovce

VIDEO: Vtipné pády na lanovce

Pokud nejste nadaní pro zimní sporty a pro jízdu na...
Jak nejlépe vnímat krásu? Podle nových poznatků “osamoceně”!

Jak nejlépe vnímat krásu? Podle...

Proč visí Mona Lisa v Louvru o samotě? Holá zeď, která obrazu dělá společnost, se...
Tajuplný Teotihuacán: Místo, kde se podle Aztéků člověk stane bohem

Tajuplný Teotihuacán: Místo, kde se...

Teotihuacán byl ve své době nejvýznamnějším náboženským centrem Střední...
Dosahoval Václav Antonín Kounic diplomatické úspěchy díky pletkám se ženami?

Dosahoval Václav Antonín Kounic...

Císařovna Marie Terezie roztrhne dopis s datem 9. září 1946. „Trpím horečkami....
Co skrývá vnitřek naší planety?

Co skrývá vnitřek naší planety?

Lidstvo už nahlédlo do hlubokého vesmíru, ale zároveň mu zůstává skryta...
Umělá krása: Možná se tak narodila, možná si to přilepila!

Umělá krása: Možná se tak narodila,...

„Ženy se dělají krásnými jen proto, že oko muže je vyvinuto lépe než...
Japonský rock: Metalové školačky Babymetal

Japonský rock: Metalové školačky...

Jiný kraj, jiný mrav, říká se. Japonsko je hodně jiný kraj, což má...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

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