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

Byl spuštěn největší neuromorfní počítač na světě

Byl spuštěn největší neuromorfní...

Současným počítačům stále chybí rychlost. Nezvládnou fungovat jako...
Prozradí vás chůze!

Prozradí vás chůze!

K identifikaci nebude již nutné znát tvář člověka! Policie v Pekingu a...
Letadlo „na baterky“ už není jen snem

Letadlo „na baterky“ už není jen...

Létá rychlostí 200 kilometrů v hodině, uveze dva pasažéry a k jeho...
Z detektorů kouře v dětských pokojích zmizí sirény. Nahradí je maminčin hlas

Z detektorů kouře v dětských...

Odborné periodikum The Journal of Pediatrics zveřejnilo v nedávno vydaném čísle...
Solární střecha pro osobní vůz

Solární střecha pro osobní vůz

Automobilky Kia a Hyundai by měly začít vybavovat některé své modely...
Nabíjecí stanice Ionity najdete u čerpacích stanic Shell

Nabíjecí stanice Ionity najdete u...

Ke konci loňského roku uzavřela síť čerpacích stanic Shell dohodu se...
Nový crossover od Tesly vyjede z továrny v roce 2020

Nový crossover od Tesly vyjede z...

Automobilka Tesla má za sebou další úspěch, když se podařilo schválit...
Hraním her vstříc informacím o klimatických změnách

Hraním her vstříc informacím o...

Popularita videoher už nejednou vedla vědce k nápadu, že by se daly...
Kdy a proč se nejvíce stresujete? Moderní náplast nalezne odpovědi

Kdy a proč se nejvíce stresujete?...

Žijeme v době, kdy už je prakticky nemožné proplouvat životem s ledovým...
Vyplatí se nákup elektromobilů pro firmy v České republice?

Vyplatí se nákup elektromobilů pro...

Poslední dotační výzva se uskutečnila před více než rokem. Pokud ale...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Hledejte fialovou, najdete život! To radí vědci astronomům

Hledejte fialovou, najdete život!...

Přemýšleli jste někdy nad tím, jak by mohl vypadat mimozemský život?...
VIDEO: 5 nejbizarnějších milostných scén

VIDEO: 5 nejbizarnějších...

U mnoho filmů se pozastavíme nad tím, jak mnoho nám scéna...
Zvěrstva války: Nacistická smrtící komanda!

Zvěrstva války: Nacistická...

Druhá světová válka byla nejhorším válečným konfliktem v celých dějinách...
Světem se valí epidemie obezity!

Světem se valí epidemie obezity!

Na jedné straně se ve společnosti šíří důraz na zdravý životní styl, ovšem...
Jak se živočichové přestěhovali na souš?

Jak se živočichové přestěhovali...

V dávných dobách, zhruba před 375 miliony, došlo v evoluci k zásadnímu...
Rodrigo Alves a Justin Jedlica: Umělí muži s tváří Kena!

Rodrigo Alves a Justin Jedlica: Umělí...

Než začnou blbnout, vypadají oba jako mladí sympaťáci. Jenže pak si...
Krimi z Ameriky: Studenta srolují do žíněnek

Krimi z Ameriky: Studenta srolují...

Podobně jako v dalších profesích, ani patologové nejsou rádi, když musejí...
Způsobilo nenávist Čechů vůči Rakousko-Uhersku špatně vybrané datum?

Způsobilo nenávist Čechů vůči...

Prohra v prusko-rakouské válce v roce 1866 císaře přesvědčí, že má smysl...
Veš: Ta malá příšerka ze školních šaten

Veš: Ta malá příšerka ze školních...

S prvním odvšivovacím hřebenem se vyčesává už před 3500 lety u Mrtvého moře,...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

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