قابلیت های بیوانفورماتیک در زمینه ی پروتئین

مقاله ی پیش رو،‌پرسشی است در رابطه با اینکه ابزارهای بیوانفورماتیکی به صورت کلی چه قابلیتها و توانمندی هایی در تحلیل داده های مرتبط با پروتئین ها را دارا می باشند. این مقاله از سری مقالات مرکز آموزش بیوانفورماتیک نصر برای پاسخ به این سوال آماده گردیده است.

پایگاه های داده

پروتئین ها به عنوان رابط کاربری موجود زنده با محیط و محرک های زیست شیمیایی شناخته شده و امروزه با استفاده از نکنیک های گسترده مورد مطالعه و شناسایی قرار می گیرند و در همین راستا، دانشمندان حوزه ی بیوانفورماتیک، توانسته اند با استفاده از مرتب سازی داده ها و سیستم ارزش دهی پروتئین ها، این داده ها را در قالب پایگاه های داده به کاربران حوزه های بیولوژی ارائه دهند.

پیش گویی ساختارهای دو بعدی

نرم افزارهای بیوانفورماتیکی این قابلیت را دارند تا بر اساس سیستم های مقایسه ای و یا سیستم های مستقل فیزیکو شیمیایی اطلاعاتی را در حوزه ی پروتئین ها ارائه دهند که یکی از این اطلاعات، پیش گویی ساختارهای دو بعدی پروتئین پس از سنتز، رشته ی آن در محیط بیولوژیک می باشد و در همین راستا، ساختار های آلفا هلیکس و صفحات بتا به عنوان ساختارهای مهم مورد مطالعه و گزارش قرار می گیرند.

شناسایی خصوصیات بیوفیزیکی ساختار سه بعدی

پس از شناسایی ساختار سه بعدی یک پروتئین، شناخت، خصوصیات زیست فیزیکی این پروتئین، و واکنش ها و رفتارهای ان به صورت تک پروتئین و به صورت مجموعه ی پروتئینی، می تواند اطلاعات ارزشمندی را از پروتئین مورد نطر در اختیار پژوهشگران قرار دهد که در این راستا می توان این اطلاعات را مورد ارزشیابی و سنجش قرار داد و در تدوین استراتژی های آزمایشگاهی از آن استفاده نمود.

مقایسه ی ساختارهای سه بعدی

چالش پیش روی پژوهشگران در برخورد با خانواده های پروتئینی، شباعت و تفاوت هایی است، که گاه فرایند تحلیل و طراحی آزمایش را غیر ممکن می سازد و در همین راستا، نرم افزهای مقایسه گر بر اساس ساختارهای سه بعدی، این قابلیت را به کاربران می دهند که با داشتن ساختار سه بعدی ثبت شده با تکنیک های دارای اعتبار، ساختارهای سطحی و ساختار های درونی این پروتئین ها را مورد مقایسه قرار دهند و بدین ترتیب نقاط مشترک و تفاوت های این پروتئین ها را مورد گزارش قرار دهند.

پیش گویی ساختار سه بعدی پروتئین

در فرایند تحلیل یک پروتئین، پیش گویی ساختار پروتئین ها، یک فرایند مهم و اساسی در تبیین داده ها و صحت سنجی اطلاعات محسوب می شود و امروزه نرم افزارهای آنلاین و آفلاین بسیاری اقدام به پیشگویی پروتئین ها بر مبنای الگوریتم ها و روش های حل مسئله ی متفاوت می کنند و در این راستا، دانش پیشگویی ساختار سه بعدی پروتئین به یک تحصص در حوزه ی بیوانفورماتیک تبدیل شده است.

بازیابی و مشاهده ی ساختار سه بعدی پروتئین

یکی از چالش های پیش روی متخصصان پروتئومیکس و بیولوژی، داشتن درک تصویری و سه بعدی از پروتئین مورد نظر است و در این راستا، بازیابی بخشی از اطلاعات توالی پروتئین به دست آمده و تامیم آن به یک رشته ی توالی کامل پروتئینی و مشاهده ی مدل گرافیکی آن، امکاناتی است ، که بیوانفورماتیک پروتئین در اختیار کاربران خود قرار می دهد.

تفسیر و پیش گویی عملکرد احتمالی پروتئین

تفسیر و پیش گویی عملکرد احتمالی پروتئین، دانشی است، که بخشی از استراتژی ها و آزمایش ها و نتایج آزمایش های نوین را در حوزه ی زیست شناسی فراهم ساخته است، به طوری که با توجه به مدل ها، شباهت ها و بسیاری دیگر از داده، ها احتمال عملکرد یک پروتئین در یک مسیر متابولیسمی و یا حفاظتی شناسایی شده، و در نهایت مورد سنجش پژوهشگر قرار می گیرد. این حوزه از بیوانفورماتیک پروتئین به شدت در حال توسعه می باشد.

شناسایی موتیف ها و دامین های احتمالی موجود در پروتئین

شناسایی موتیف ها و دامین های احتمالی موجود در پروتئین، این قابلیت را به کاربر می دهد که بر اساس ساختار پروتئین مورد نظر، رفتار زیست فیزیکی و زیست شیمیایی پروتئین مورد نظر و همچنین احتمال تراکنش های ممکن را بسنجد. در همین راستا، داده های سری حرفی پروتئین ها وارد نرم افزار شده و تبدیل به داده های عددی شده و سپس مورد تحلیل نرم افزار قرار می گیرد، تا دامین ها و موتیف های احتمالی را در سطح پروتئین مورد شناسایی قرار بگیرد.

معرفی خصوصیات بیوشیمیایی

پروتئین مجموعه ای از 20 آمینو اسید می باشد که به صورت یک توالی، در کنار هم قرار می گیرند، یکی از مهمترین داده هایی که پروتئین، بر اساس آن دارای رفتار و عملکرد قابل پیشگویی می گردد، میراثی بودن، کلیت خصوصیات بیوشیمیایی پروتئین از مجموعه ی منفرد هر یک از آمینو اسید ها می باشد و در همین راستا نرم افزهای تحلیل گر، با استفاده از سیستم های تحلیلی قابلیت این را خواهند داشت تا با استفاده از تحلیل خصوصیات بیوشیمیایی هر یک از آمینو اسید ها ، اقدام به مرتب سازی و گرفتن برایند بیوشیمیایی بر اساس الگوریتم های تجربی کرده و داده های آن را به کاربر گزارش نمایند ، و این فرایند می تواند کاربر را در طراحی شرایط یک آزمایش موفق بسیار یاری خواهد داد.

محل یابی و شناسایی هدف پروتئین

در طراحی مدل ها و الگوریتم های داروسازی، یکی از چالش های پیش روی کاربر، محل یابی و شناسایی ارگان یا ارگانل هدف پروتئین می باشد، که کاربر را در طراحی آزمایش، آزمون و شناسایی سایر عوامل درگیر در برخورد های ملکولی با دارو، یاری خواهد کرد و امروزه، بانک های پروتئینی، اطلاعاتی از بافت هدف پروتئین ها و همچنین، شناسایی سیگنال های اختصاصی پروتئینی نموده اند، که این امکان را برای کاربر ایجاد می کند که با وارد ساختن، توالی، به مجموعه داده های عملیاتی دست پیدا کند، که منجر به شناخت محل و شناسایی هدف پروتئین مورد نظر می گردد .

بررسی اتصالات سخت ، داکینگ و مدل سازی دینامیک ملکولی

پروتئین، به تنهایی واحدی منفرد بوده، که فاقد ارزش مطالعاتی خاص می باشد، اما آن چه که یک پروتئین را ارزشمند می سازد، نقش آن پروتئین در یک شبکه یا یک مجموعه ی ملکولی می باشد، که برای شناسایی این نقش می بایست، جایگاه های اتصال سخت، را شناسایی و نحوه ی اتصال، این ملکول، با ملکول دیگر را شبیه سازی و مدل سازی نمود، که امروزه، به لطف مجموعه های ابری محاسباتی، این امکان برای کاربران ایجاد شده تا بتوانند با استفاده از رایانه های شخصی ، محاسبات الگوریتمیک این اتصالات سخت را محاسبه و تنظیم نمایند .

شبکه ها و واکنش ها، مسیر ها و آنزیم ها

امروزه بیوانفورماتیک، با توجه به گستردگی اطلاعات در حوزه های تخصصی بیولوژی ملکولی، نقش عمده ای را در طبقه بندی و نمایش داده ها، ایفا می کند و در همین راستا، شناخت کاربر از مسیر های متابولیکی که پروتئین در آن مشارکت می کند، شناسایی واکنش هایی که پروتئین در آن نقش دارد و همچنین، آنزیم هایی که قدرت عملکرد بر روی ساختار پروتئین و یا محصولات جانبی پروتئین را دارا می باشند، می تواند، منجر به شناخت رفتاری موجود زنده گردد، که این فرایند یکی از اصول در طراحی دارو می باشد.

طراحی درخت فیلوژنی

بیوانفورماتیک، این امکان را فراهم می سازد، تا کاربر بتواند در هر سطحی از داده، روابط تکاملی ملکولی را برای شناخت بیشتر بر مبنای مقایسه ای و داده های الگوریتمیک، فراهم سازد و در این راستا، طراحی درخت فیلوژنی بر اساس، داده های پروتئینی ، یکی از فرایند های پیچیده، اما رو به رشد، کاربران حوزه ی بیوانفورماتیک می باشد که می تواند کاربر را به حوزه ی شناختی نسبت به پروتئین نزدیک تر گرداند .

بیان پروتئین

تفسیر داده های مرتبط با بیان پروتئین، یکی از چالش هایی است که طراحان دارو و مهندسان ژنتیک با آن دست و پنجه نرم می کنند و در این راستا، نرم افزارهای محدودی در حال توسعه ی اطلاعات میدانی در این حوزه می باشند، تا بتوانند کاربر را به اطلاعاتی جزئی، از میزان و مقدار بیان یک پروتئین در یک شرایط خاص محیطی برساند.

تفسیر داده های پروتئومیکس

داده های مرتبط با حوزه ی پروتئومیکس، یکی از پر طرفدار ترین ، داده ها در سطوح علوم بیولوژی محسوب می شوند، چرا که به پژوهشگر، دیدی از رفتار یک موجود زنده در برابر محرک های محیطی را اعظا می کنند و کاربر می تواند بر مبنای آن ، تاثیر یک ماده ی دارویی را بر رفتار یک سلول و یک موجود زنده بررسی نماید و در این راستا، پیچیدگی داده ها در نتایج چیپ های پروتئومیکس که به صورت تجاری و پژوهشی تهیه می شوند، پژوهشکر را به سمت استفاده از نرم افزارهای تحلیلگر تصویر تخصصی خواهد برد؛ کاربردی بودن این حوزه از بیوانفورماتیک، منجر به توسعه ی تجاری نرم افزارها در این حوزه گردیده است .

مقایسه ی توالی

مقایسه ی توالی دریافت شده از یک پروتئین با مجموعه ای از پروتئین های ثبت شده در بانک های رسمی پروتئین، می تواند اطلاعات مفیدی را در زمینه ی تراکنش های بین ملکولی و همچنین خانواده ی پروتئینی مورد نظر، در اختیار کاربر قرار دهد.

تفسیر داده های مرتبط با توالی

با ورود توالی یک پروتئین به مجموعه نرم افزارهای بیوانفورماتیکی، کاربر با حجمه عظیمی از داده ها رو به رو می گردد، که برخی، صرفا در تکنیک های تخصصی آزمایشگاهی کاربرد دارند و در این راستا، نرم افزارهای تحلیلگر و تفسیری توالی مورد نظر را مورد بررسی قرار گرفته و این امکان را به کاربر می دهد، تا تفسیری جامع از پروتئین مورد نظر دریافت نماید.

خصوصیات فیزیکو شیمیایی هر توالی

داده های اولیه از یک پروتئین معمولا توالی و یا ساختار سه بعدی می باشد ، که عمومیت داده ها بر مبنای توالی پروتئینی مورد نظر می باشد و در همین راستا، بسیاری از نرم افزارهای تحلیل گر، اقدام، به ارائه ی خصوصیات فیزیکو شیمیایی هر توالی می نمایند، که برآیندی الگوریتمیک از مجموعه ی آمینو اسید های تشکیل دهنده ی هر توالی می باشد.

بازیابی توالی

امروزه ، پایگاه های داده ی ابری پروتئینی و الگوریتم های بسیار توسعه یافته این امکان را برای کاربر ایجاد می نمایند، که می تواند با توالی یابی بخشی از پروتئین مورد نظر خود، ضمن صرفه جویی در هزینه، به توالی کلی پروتئین و یا خانواده ی پروتئینی مورد نظر دست پیدا کند .

ابزارهای همه کاره ی روی میز آزمایشگاه

ابزارهای همه کاره، عضوی جدا نشدنی، از مجموعه های نرم افزاری بیو انفورماتیکی می باشند، که کاربر را در تهیه ی مستندات علمی ، خلاصه و کاربردی، در آزمایشگاه و در حین انجام آزمایشات یاری می دهند، که البته ،اصطلاحات و اطلاعات تخصصی در این حوزه، با توجه، به زمان و مقدار فرایند تحلیل بسیار محدود می باشد.

پیش گویی اتصال پروتئین با پروتئین

امروزه، یکی از چالش های پیش روی مهندسین ژنتیک، و سایر علوم زیستی، عدم اطلاع از تراکنش های احتمالی میان یک پروتئین با پروتئین دیگر است و این مسئله، بیان یک پروتئین نو ترکیب، را در سطح سلول، با چالش رو به رو می سازد و در همین راستا، امروزه، کاربر با استفاده از نرم افزارهای اتصال پروتئین به پروتئین این قابلیت را خواهد داشت، تا، مجموعه ای از امکان سنحی اتصالات پروتئین با پروتئین را به صورت از پیش تعیین شده و یا با مجموعه ای از خانواده های پروتئنیی در اختیار داشته باشد .

PIP Software = Protein interaction Protein = نرم افزارهای اتصالات پروتئین با پروتئین

مرکز آموزش بیوانفورماتیک نصر

error: Content is protected !!
X