bio informatics
DESCRIPTION
دانشگاه صنعتی امیرکبیر دانشکده مهندسی پزشکی. سمینار درس کاربرد فناوری اطلاعات در پزشکی اساتید محترم جناب آقای دکتر توحیدخواه جناب آقای دکتر احمدی پژوه ارائه دهندگان مریم شیرانی - آرزو طاهری بهمن ماه 1387. Bio Informatics. BioInformatics. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
BIO INFORMATICS
سمینار درس کاربرد فناوری اطالعات در پزشکی
اساتید محترمجناب آقای دکتر توحیدخواه
جناب آقای دکتر احمدی پژوه
ارائه دهندگانمریم شیرانی - آرزو طاهری
1387بهمن ماه
دانشگاه صنعتی امیرکبیردانشکده مهندسی پزشکی
فهرست
................................................................................................................. تاریخچه.................................................................................................................... تعریفخصوصیات مشترک سیستم های جاندار....................................................................... پروتئین وDNA وRNA................................................................................................ ....................................................................................................................اهداف.................................................................................................ضرورت بیوانفورماتیک....................................................................................................فعالیت های اصلی....................................................................................................چالش های اصلی......................................................................................................حوزه های کاربرد.............................................................. بانک های اصالعاتی، الگوریتم ها ، نرم افزارها...............................................................................................بیو انفورماتیک در ایران.............................................................................................................. جمع بندی
BioInformatics
تاریخچه
1865 : توسط نخودفرنگی وراثت پایه قوانین (Gregor Mendelکشف ژنتیک ) علم پدر
1869 : کشفDNA توسط نوکلئین نام به نامگذاری Johann Friedrich Miescherو
1881 : توسط ها نوکلئین از ها کروموزوم ترکیب Edward Zachariasاثبات
1899 : توسط نوکلئواسید به نوکلئین نام Richard Alltmanتغییر
1902 : توسط آن از ها پروتئین گیری شکل و اسیدها آمینو بین پیوند وجود Emil Herman Fisherاثبات
) نوبل ) جایزه دریافت
1911 : توسط هستند وراثت مجزای واحدهای ، کروموزومها روی ژنهای اینکه Tomas Hunt MorganکشفPheobus Aaron Theodoreتوسط RNAکشف +
1881 : توسط ژنها از ها پروتئین ساخت Edward Tatumو George Beedleتشخیص
1943 : پنسیلوانیا دانشگاه در منظوره همه کامپیوتر اولین ساخت
1952 : از ها ژن Martha Chaseو George Beedle Alfred Hersheyتوسط DNAساختبرای + دومارپیچی مدل Crickو Watsonتوسط DNAپیشنهاد
BioInformatics
تاریخچه
1954 : پروتئین شناسی کریستال در فازی مسائل حل برای سنگین اتم های روش ایجاد
1955 : یافتن توالی اولین پروتئین جهت آنالیز )انسولین گاوی( توسط Friedrick Sanger
1969 : ایجادARPANET از طریق پیوند کامپیوترهای دانشگاه های Stanford و USBC و Utah و UCLA
1970 : انتشار جزئیات الگوریتمNeedleman-Wunschبرای مقایسه توالی ها
1972 : ایجاد اولین بانک داده زیست شناسی بنامProtein Identification Resource توسط Margaret Dayhoff
1986 : ایجاد مکانیزم توالی دهی اتوماتیک توسطLeroy Hood
1986 : پیدایش عبارت ژنومیک، جهت توصیف نظم علمی در نگاشت، توالی دهی و تحلیل ژنها توسطThomas Roderick
1988 :( تاسیس مرکز ملی اطالعات بیوتکنولوژیNCBI ( در موسسه ملی سرطان + شروع پروژه ژنوم )نگاشت وتوالی دهی
ژنوم انسان(
1992 :( تاسیس موسسه تحقیقات ژنومیکTIGR توسط ) Craig Venter
BioInformatics
تاریخچه
1994 : شکل گیری منطق ژن درMaryland
1999 : (22توالی دهی اولین کروموزوم انسانی )شماره
2001 : انتشار اولین پیش نویس توالی دهی ژنوم انسانی در سطح بین المللی
2003 :تکمیل پروژه ژنوم انسانی
2008 : صدها ژنوم از آرایه مختلفی از گونه ها
BioInformatics
تعریف
تعریف به ) NCBI )National Center for Biotechnology Informationبنا
. با و است شده ایجاد اطالعات فناوری و کامپیوتر علم شناسی، زیست تلفیق از که علم از ای شاخهاز کامپیوتری ، کامپیوتراستفاده افزارهای اطالعاتی ونرم های مسائل ، بانک به تا می گردد سعیزمینه های بیولوژیکی در در مولکولیو سلولیبخصوص وسیعتری تحقیقات و شود داده پاسخ
ها خصوص . ژنهاو پروتئین آید بعمل
: کاربردی تعریفتوسعه و تفسیر تحلیل، بررسی، سازی، ذخیره ، آوری جمع
. اطالعاتی های بانک در بیولوژیکی اطالعات از وسیعی حجم : از عبارتند اطالعات این که
ژن های توالیبیولوژیکی های فعالیت
داروشناختی های فعالیتبیولوژیکی ساختار
ها ژن توصیف
آماری های تکنیک و قدرتمند کامپیوترهای از بیوانفورماتیک. کند می استفاده تحقیقاتی اهداف انجام برای
شناسی زیست
فیزیکآمار
کامپیوتر
و شیمیبیوشیمی بیوانفورماتیک
BioInformatics
جاندار های سیستم مشترک خصوصیات
در اینها رخداد .Central Dogmaمکانیزم است شده کپسوله
از اطالعات به RNAبه DNAگردش سپس Proteinو
. است استوار آن بر زمین زندگی که است سیستمی این
اداره و سلول ساختکار آن این انجام برای انرژی کسب
محیط به پاسخسازی دوباره و تکثیر
BioInformatics
CENTRAL DOGMA
GENOTYPE (i.e. Aa)
PHENOTYPE (pink)
GENE (DNA)
MESSENGER (RNA)
PROTEIN
TRAIT
ATGCAAGTCCACTGTATTCCA
UACGUUCAGGUGACAUAAGGG
transcription reverse tr
translation
replication
DNA
RNA
PhenoType
Protein
BioInformatics
پروتئین
بنام واحدهایی زیر از که هایی مولکول درشت. اند شده ساخته آمینه اسیدهای
: زندگی در آن اهمیتدر که است فعالیت هایی تمام و سلولی رفتار دار عهده
. می شود انجام سلول. گیرد دربرمی را سلول که غشایی ایجاد
سوخت تولید برای غذاها شکستشیمیایی خواص و اشکال گوناگونی
سلولی پاسخ سلول با گفتگو و محیط از اطالعات دریافتمی توانند شود، خارج طبیعی حالت از پروتئین ها کار اگر
- : سرطان شوند مختلف بیماری های بروز باعثآلزایمر - پارکینسون -
BioInformatics
DNA
ها نوکلئوتید بنام واحدهایی زیر از که هایی مولکول درشت. اند شده ساخته
: زندگی در آن اهمیتژنتیکی اطالعات مدت طوالنی سازی ذخیره
ها پروتئین ساخت چگونگی و زمان مورد در اطالعاتی حاویشیمیایی خصوصیات و اشکال گوناگونی
عین نسخه دقیقا توانند می بطوریکه ، نوکلئوتیدها زیاد بسیار پایداری. کنند تولید را خود
. است اسیدها آمینو از بیشتر بسیار نوکلئوتیدها شیمیایی خواص
BioInformatics
RNA
سلول در نوکلئیک اسید یکتوسط DNA ساختانواع :
tRNA ) transfer RNA (
(messenger RNA )mRNA
rRNA )ribosomal RNA (
سلول : در آن اهمیتها ) دستورالعمل خواندن (mRNAاجازه
زبان ( )DNAترجمه ( ) آمینواسیدها ) پروتئین زبان به (tRNAنوکلئوتیدها
پروتئین ) (rRNAساخت
BioInformatics
اهداف
دسترسی موجود بیولوژیکی اطالعات به بتوانند محققان که ای بگونه ها داده سازماندهی) : ( . پروتئین داده بانک مثال نمایند ارسال را جدید نتایج و باشند داشته
: ( دیگر با پروتئین یک توالی مقایسه مثال ها داده این تحلیل به کمک برای ابزارهایی توسعهها ( پروتئین
با بیولوژیکی نظر از که بصورتی نتایج، تفسیر و ها داده تحلیل برای ابزارها این از استفاده. باشد معنا
توالی بتوانیم کنیم DNAاگر تعیین را ژنوم یک
هستند مرتبط بیولوژیکی های پردازش با توالی الگوهای کدام که کنیم بینی پیش
بیولوژیکی سواالت از بسیاری به پاسخ و الگوها برای ژنوم توالی استخراج
BioInformatics
بیوانفورماتیک ضرورت
: زمینه در اطالعات افزون روز رشد زنده موجودات مختلف انواع شناسایی زا بیماری عوامل زیستی های فرایند ژنتیکی ساختارهای ژنها شناسایی ها پروتئین
دیده آموزش متخصصین دائمی کمبود بیوانفورماتیک کاربردهای گوناگونی بیوانفورماتیک متخصصین مختلف انواع به نیاز
BioInformatics
هر ژن، : 14بانک شود می دوبرابر ماه
بیوانفورماتیک ضرورت
BioInformatics
اصلی های فعالیت
های متابولیت بررسیسلولی متابولیسم از حاصل
و تحلیل شناسایی، بررسی،ژن نوکلئوتیدهای توالی مقایسه
زنده جاندار یک های ژن یا
مقایسه و تحلیل شناسایی، مطالعه،یا ها پروتئین آمینواسیدهای توالی
زنده جانداران های پروتئین
نوکلئوتیدهای توالی تحلیل و بررسیmRNA دیگر با جاندار و mRNAیک ها
mRNAپردازش
بیوانفورماتیک
متابولومیک
ترانسکریپتومیپروتئومیکک
ژنومیک
BioInformatics
اصلی های چالش
ژنوم یک در رونویسی وقوع مکان و زمان تشخیص برای مدلهایی تعیین
دیگر پیوندهای برای مدلهایی پیشگویی و RNAتعیین
: خارجی های محرک به سلولی های پاسخ بینی پیش توانایی سیگنال عبور سیر خط برای هایی مدل تعیین
بازشناخت کدهای protein:DNA, protein:RNA, protein:proteinتعیین
اولیه پروتئین ساختار صحیح بینی پیش
ها پروتئین بازدارنده کوچک های مولکول ای رابطه طراحی
پروتئین تکامل مکانیکی فهم
ها گونه و ژنوم تکامل مکانیکی فهم
پروتئین و ژن عملکرد توصیف سیستماتیک های راه
از استفاده با ژن ها Microarrayتوصیف
: بیوانفورماتیک رشته توسعه آموزش
BioInformatics
آینده و حال در کاربرد های حوزه
سلولی و مولکولی شناسی زیستژنتیک
نژادی تکامل و تکاملی علومبیوتکنولوژی : نانو ،میکروبیولوژی، داروسازی صنایع نظیر بیوتکنولوژی مختلف های حوزه
کشاورزیزیستی فناوری و زیست مدیریت
پزشکی دارو کشف
آن واکنش و پروتئین سازی مدل کمک با مناسب داروهای طراحی
ها بيماری تشخيص
بيماری ها ژنتيک علل شناسايی
ها بیماری مدیریت
شناسی جنین
BioInformatics
ها داده
انواع : .aDNA.bRNA.cپروتئین.dMicroarray:
DNA MicroarrayProtein MicroarrayTissue Microarray
Antibody Microarray
روال :داده آوری جمع
ها داده اطالعاتی بانک تهیهداده سازی ذخیره
داده آنالیزکاوی داده
بیولوژیکی سازی مدل
BioInformatics
MICROARRAY
های نقطه از ای های DNAرشته تحلیل آرایه،برای یک روی شده مرتب بافت، یا پروتئین ،همزمان
سیلیکون : Chipجنس یا پالستیک شیشه،تحقیقات سرعت افزایش
آن انواع همه برای واحد استاندارد فقدانمختلف انواع سازگاری عدم
سرطانی بافت سالم بافت
سطوح در را اختالف بیشترین که ژنهایی کردن پیدانشان سرطانی و سالم های بافت بین خود عبارات
. دهند می
BioInformatics
MICROARRAY
BioInformatics
اطالعاتی DNAبانک
تحلیل : برای ژنتیکی قواعد و عبارات ژنتیکی های بیماری ژنتیکی شناسی شجره
. باشد خصوصی یا عمومی تواند می
CODISUK National DNA DatabaseCaliforniaGEN Bank NIAS DNA Bank EMBLDDBJThe Australian Plant DNA Bank
RBG KEW DNA BAnkJapanDuke CHGEnsembl
DISEntrezBLASTDNA Bank Netwrok )ZDM,BGBM,DSMZ,ZFMK(
BioInformatics
پروتئین اطالعاتی بانک
تحلیل : برای اولیه های پروتئین ساختار ها پروتئین قواعد و عبارات ها 3ساختار پروتئین بعدی ها ارگانیسم تکاملی سیر زندگی منشا
. هستند عمومی غالبا
SwissProt
PIR International
RCSB
PDBe
PDBj
BMRB
wwPDB
MMDB
PubVast RCSB
PubChem
CDD
BioInformatics
ها الگوریتم
بین از معنا با های ویژگی و اطالعات از :DataSetاستخراج استفاده با ها آماری های روش گراف های روش بندی خوشه کاوی داده محاسباتی الگوی بازشناخت
Smith-Waterman Needleman-Wunsch Ullman Hybrid Bayes Classifier ClustalW agrepPHYLIPBioConductor
Naive Bayes Classifier
Artificial Neural Networks
DEE
A*
ChromaSig
GOS
FASTA
BLAST
BioInformatics
MARKUP LANGUAGE
ژنوم ذهنی سازی تجسم و نویسی حاشیه
پولیمرها بیو برای تجربی اطالعات
بیولوژیکی وظایف و ژنومیک های توالی
مولکولی اطالعات مدیریت
ای آرایه ریز ژنی عبارت داده تبادل
بیوشیمیایی های شبکه و ها سیستم بیولوژی
AGAVE
BioML
BSML
CML
MAGE-ML
SBML
BioInformatics
افزارها نرم
و پروتئین توالی DNAتحلیلعبور مسیر آنالیز
سازی شبیه و ریاضی سازی مدل محاسبه،و پروتئین DNAساختار
ای توده های داده و ها داده در کندوکاوبیولوژیکی اطالعات یکپارچگی
آن ذهنی تجسم و پردازش در انسجام
Sybyl
GPMAW
Cn3D
GeneSpring GX
DNASTAR Lasergene
Gene Construction Kit 2.5
MetaCore
Ingenuity Pathways Analysis 3.1
NeuralWorks Professional II / Plus
BioInformatics
کلی ساختار
BioInformatics
BIOINFORMATICS VS COMPUTATIONAL BIOLOGY
Biology + Computers
و ها سیستم از استفاده با که هایی بیولوژیستپاسخ بیولوژی مسائل به محاسباتی ابزارهای
. دهند می
، تحلیل مطالعه، در اطالعات فناوری بکارگیریبیولوژیکی اطالعات کشف و نگهداری ، ذخیره
های) توالی در که آنچه ساختار DNAنظیر و) دارد وجود پروتئین
مولکولی بیولوژی مشکالت حل
بیولوژی از ای مجموعه زیر بعنوان تواند می. باشد محاسباتی
Computers + Biology
و شناسان آمار ریاضیدانان، کامپیوتر، مهندسینتکنیک و ها الگوریتم ، ها فرضیه که مهندسینیبیولوژیکی های سیستم و ابزارها برای را هایی
. کنند می ایجاد
تر کلی
،تحلیلی داده نظری، های روش توسعهسازی شبیه های تکنیک و ریاضی مدلسازی
محاسباتی
،شناسی بوم شناسی، زیست مشکالت حلتکامل و روانشناسی
BioInformatics
ایران در انفورماتیک بیو
1383 : ایران بیوانفورماتیک انجمن )Iran BioInformatic Society )IBSتاسیس
: اهدافبیوانفورماتیک دانش علمی ارتقای و پیشبرد گسترش،
متخصص نیروهای کیفی توسعهو بیوانفورماتیک های زمینه در پژوهشی و آموزشی امور به بخشیدن بهبود
محاسباتی بیولوژی
BioInformatics
مراجع
1( WWW.NCBI.nlm.nih.gov2( www.ncgr.org3( www.ebi.ac.uk4( www.ensembl.org5( www.cs.hope.edu/~alganim/ccaa/6( www.nist.gov/dads/7( http://www-igm.univ-mlv.fr/~lecroq/string/index.html8( http://www-igm.univ-mlv.fr/~lecroq/seqcomp/9( http://www.wwpdb.org/10( http://www.biologynews.net/archives/2008/09/02/scientists_develop_new_method_to_in
vestigate_origin_of_life.html11( http://www.neuralware.com/products.jsp12( http://proteinbank.vbi.vt.edu/ProteinBank/g/tech/showtechbytid.do13( http://healthsciences.ku.dk/research/proteincenter/press/article_proteins/14( http://www.nodalpoint.org/node/151015( http://en.wikipedia.org/wiki/Main_Page16( http://www.wisegeek.com/what-is-a-microarray.htm17( http://www.b-eye-network.com/view/133618( http://www.netsci.org/Science/Bioinform/
BioInformatics
شما توجه از سپاس با