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

V ECR Rapotín slavnostně otevřeli první výrobnu biometanu

V ECR Rapotín slavnostně otevřeli...

Energy financial group (EFG) uvedla 24. října 2019 do provozu jako první...
Odborníci se zastávají umělé inteligence. Strach z robotů-zabijáků je prý iracionální

Odborníci se zastávají umělé...

V současné době se do českých kin blíží nový díl slavného Terminátora,...
Uplatní se malé modulární reaktory?

Uplatní se malé modulární reaktory?

Přestože se malé modulární jaderné reaktory nachází teprve na počátku své...
Tesla jako poslušný pejsek: Funkci přivolání vozu řidiči využili více než milionkrát

Tesla jako poslušný pejsek: Funkci...

Tradiční čtvrtletní zpráva Tesly se pochlubila jednak neočekávaně pozitivními...
Paříž zaplaví samoobslužné elektrické skútry

Paříž zaplaví samoobslužné...

Poslední dobou je (nejen) u nás stále běžnější kritika elektrokoloběžek Lime,...
Plášť neviditelnosti opouští svět pohádek. A stává se realitou!

Plášť neviditelnosti opouští svět...

Proslulý kanadský výrobce maskovacích uniforem Hyperstealth Biotechnology si...
Oprava části DNA není dnes pro vědce překážkou

Oprava části DNA není dnes pro...

Američtí odborníci z Broad Institute MIT a výzkumníci z Harvardovy univerzity...
K transplantaci přivezou bijící srdce

K transplantaci přivezou bijící...

Lékaři z Institutu klinické a experimentální medicíny (IKEM) se pochlubili novou...
Zlínská univerzita přišla s inovací ve výrobě želatiny

Zlínská univerzita přišla s inovací...

Bonbóny, zákusky, aspiky, lékové kapsle, nutriční doplňky stravy, kosmetické...
Bankomaty tu jsou s námi již více než půl století

Bankomaty tu jsou s námi již více...

Bankomatům patří hned několik prvenství. Byly prvním zařízením na bázi...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Obrovské stavitelské chyby: Obytný dům, který se vzepřel demolici

Obrovské stavitelské chyby: Obytný...

Stavitelských chyb je okolo nás bohužel velké množství,...
Když dějinám vládne počasí: Jak ovlivnilo historii?

Když dějinám vládne počasí: Jak...

Jak se říká: Historii tvoří vítězové! Ne vždy se tak ale stalo...
Jak ovlivňují nové technologie náš mozek?

Jak ovlivňují nové technologie...

Informace se na nás hrnou ze všech stran. A je jich čím dál tím víc....
Nejrafinovanější lháři zvířecí říše

Nejrafinovanější lháři zvířecí říše

Lhát se sice nemá, ale i mezi zvířaty se sem tam nějaká ta nepravda může hodit....
30 let bez výjezdní doložky: Za hranice konečně svobodně

30 let bez výjezdní doložky: Za...

Komunistickému režimu v Československu odzvonilo. Po sametové revoluci...
Lasagne značky Colgate aneb přešlapy známých firem

Lasagne značky Colgate aneb...

Každá značka má jisté produkty, pod kterými se proslavila....
7 ohromujících evropských knihoven 

7 ohromujících evropských knihoven 

Knihovny jako pokladnice vědění samy o sobě budí úctu a obdiv nejen...
Bitva o Pavlovův dům: Zabila sovětská četa víc skopčáků než kolik jich padlo při invazi do Paříže?

Bitva o Pavlovův dům: Zabila sovětská...

Burácivý hlomoz může znamenat jedinou věc – blíží se další vlna německého útoku....
Samička muntžaka chocholatého v Liberci

Samička muntžaka chocholatého v...

Liberecká zoologická zahrada se může pochlubit novým přírůstkem. Ve středu 23....
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

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