5-Ma’ruza. Genomikani o’rganishda bioinformatikaning ro’li

5-Ma’ruza.Genomikani o’rganishda bioinformatikaning ro’li
Bioinformatika biologiyaning ilmiy tajribalari asosida olingan natijalarni tahlil qiladi. Olingan ma‘lumotlarni tadqiqotchima‘lumotlar bazasida mavjud bo`lgan barcha to`plamlar bilan solishtiradi. Bordiyu, u o`zi aniqlagan ketmaketlikni ma‘lumotlar bazasidan topa olmasa bunda u bu ma‘lumotni shu joyga kiritib qo`yadi va bu bilan bazani yanada boyitadi. Ma‘lumotlar bazasi funksiyalariga saqlash, tizimlashtirish, axborotlarni yangilab turish unga kirish huquqi bilan ta‘minlashlar kiradi. Bu operatsiyalar esa katta qudratlardagi kompyuterlarni talab qiladi. Shuningdek biologik mavzular majmuidagi ilmiy nashriyotlar bazalari ham mavjud. Biologiya bo`yicha istalgan ilmiy jurnalning barcha sonlarida chiqadigan har bir maqola ma‘lumotlar bazasiga joylashtiriladi izlanuvchi uni internet tarmog`i orqali oson topib olishi uchun qisqa ta‘rif berib qo`yiladi. Eng katta tibbiy-biologik nashrlar on-line kutubxonasi PubMed so`nggi 50-yil mobaynida 16 mln. dan ortiqroq maqolalarni o`z ichiga oladi. Integral ma‘lumotlar bazasi va entsiklopediyalar konkret gen, oqsil, funksiyalarni amalga oshiradi. Ular katta miqdordagi boshqa ma‘lumotlar bazalari axborotlarini umumlashtiradi va uni hamisha yangilab turadi. Har qanday yangidan o`qilgan genom harflarning turli xil kombinatsiyalarida takrorlanuvchi ulkan ketma-ketliklar ko`rinishida namoyon bo`ladi. Bioinformatika bunday xilma-xillikdagi matndan genlarni ajratib olish imkoniyatini beradi. Genomdan genni ajratib olish kabi bunday operatsiya genomni belgilash deb ataladi. Barcha genlar funksiyalarini tajribalar asosida aniqlash yetarli darajada murakkablikni yuzaga keltiradi. Bu holatda bioinformatika funksiyalari allaqachon aniqlangan genlar bilan solishtirib ko`rishga tayangan holda ularni bashorat qilishda ko`maklashadi. Oqsil molekulasida biologik vazifalarning har xil turlariga javob beruvchi uchastkalar mavjud. Bioinformatika usullari yordamida ushbu uchastkalarni aniqlash konkret bir oqsilning barcha spektr funksiyasini ochib beradi. Oqsil strukturalarini tajribalar asosida, ya‘ni masalan oqsil molekulalaridan tashkil topgan mikroskopik kristalni rentgen nurlari bilan nurlantirish orqali aniqlash mumkin. Bu esa yetarli darajada uzoq va qimmatli jarayon hisoblanadi. Ayrim oqsillar kristall tuzilmalarga ega bo`lmaganligi sababli ularni tahlil qilishning umuman iloji yo`q. Bioinformatika kompyuter modellashtirish yordamida hech bo`lmaganda oqsil strukturasi uzoqroq o`xshash ketma-ketligi ma‘lum bo`lgan holatlarda oqsilning fazoviy modelini yasashda yordam beradi. Bioinformatika metodlari asosida olingan molekulaning fazoviy strukturasini bilgan holda uning qanday ishlashini va uning ishlashiga qanday ta‘sir eta olishni bashorat qilish mumkin. Dori preparatlarini fazoda har xil ximiyoviy bog`lanishlar bilan oqsilnishonlarning o`zaro ta‘sirini modellashtirish asosida tayyorlash mumkin. Bunda katta miqdori bog`lanishlarni saralash va eng maqbullarini tanlab olish kerak bo`ladi. Biologiya, kimyo, fizika, matematika hamda informatika fanlarini birlashtirish biologik tizimni har tomonlama tavsiflash imkonini beradi. Kompyuter resurslaridan foydalanish tahlil jarayonini bir necha marotaba tezlashtiradi hamda olinadigan natijalarning aniqligini va tezligini oshiradi. Bioinformatika texnologiyalaridan foydalanib qilingan biologiya sohasidagi yangi kashfiyotlar tez suratda tibbiyot, farmakologiya, kosmetologiya, biotexnologiya, qishloq xo`jaligi, ekologiya va boshqa sohalarda jalb qilinadi. Bioinformatika mustaqil ravishda amaliy ahamiyatga ega bo`lgan natijalar beradi va shuningdek biologiyaning turli sohalarida ishlash uchun sharoit bilan ta‘minlaydi. Bioinformatika bo`yicha ishning katta qismi biologik axborotni saqlash va uni tahlil qilish uchun ma‘lumotlar bazasidan foydalanish texnologiyalari atrofiga jamlangan. Bunday ma‘lumotlar bazasi ommabop yoki shaxsiy bo`lishi mumkin. Ularga ochiq standartlar orqali ommaviy kirish huquqini olish esa muhim ahamiyat kasb etadi. Garchi ma‘lumotlar bazasidan foydalanishga nisbatan bu usullar anchagina keng tarqalgan bo`lsada biologik axborotlarni tahlil qilish uchun ontologiya va mantiqiy usullardan foydalanish rivojlanib bormoqda. Bioinformatikaning rivojlanish bochqichlari va yutuqlari. Bir qancha xorijiy davlatlarda 20-21 asrlarda bioinformatika jadal suratda rivojlanayotgan dunyo biotibbiyot fanlari sohasiga aylanib bordi. Bioinformatsion texnologiyalar iste`molchilari tadqiqotchilar, fundamental ishlanmalar mualliflari bilan bir qatorda tibbiyot, farmakologiya, biotexnologiya hamda o`quv muassasalari hisoblanadi. Fanning bu sohasi AQSHda va shuningdek boshqa rivojlangan davlatlarda muhim yo`nalish safatida qaraladi. Evropa, Osiyo, AQSH hamda Avstraliya davlatlarida bioinformatika markazlari soni yildan-yilga ko`payib bormoqda. Bioinformatika bo`yicha davlat, akademik hamda ta‘lim markazlari bilan bir qatorda so`nggi yillarda sohada olingan tadqiqot natijalardan tijorat maqsadida foydalanishga yo`naltirilgan sezilarli darajadagi tashkilot va loyihalar yuzaga keldi. Bu eng avvalo genomlarning, shuningdek odam genomining strukturaviy, funksional hamda qiyosiy tahlili bo`yicha faoliyat yurituvchi tashkilotlardir. Bioinformatika sohasi bo`yicha yaratilgan usullarni qo`llash bilan birga amaliy muammolarni yechish yo`lida, xususan farmokologiyada texnik hamda dasturiy bazalar jadal suratda rivojlanibbormoqda. Bunday muammolarni bartaraf etishda dasturiy ta‘minot sanoati ham takomillashib bormoqda. Mamlakatimizda genomika va bioinformatika fanlarining rivojlanishiga qaratilayotgan alohida e‘tibor tufayli dunyo fanida o`z o`rniga ega nufuzli ilmiy maktab va muhit shakllantirildi, zamonaviy laboratoriyalar tashkil etilib, keng miqyosda halqaro ilmiy aloqalar yo`lga qo`yildi. Xususan O`zbekiston Respublikasi Fanlar akademiyasi Genomika va bioinformatika markazida sohada anchagina muvaffaqiyatli dasturlar amalga oshirildi. Markazda yetakchi horijiy ilmiy markaz tajribalariga ega, bioinformatsion texnologiyalar bo`yicha bilim va ko`nikmalarni puxta egallagan ilmiy xodimlarning faoliyat olib borishi va shular hisobga olingan holda markazda bioinformatika laboratoriyasining tashkil etilganligi bunga yaqqol misol bo`la oladi. Markaz ilmiy jamoasi hanuzgacha noaniq bo`lgan g`o`za genomidagi rekombinatsion bloklar (ya‘ni, avloddan avlodga ko`chib o`tadigan gen allellari to`plami) o`lchamlarini topib, topib, zamonaviy tezkor ―assotsiativ kartalashtirish‖ usulini kashf etdi. Natijada g`o`za genomidagi genlardan foydalanishning yangi imkoniyatlari ochilib, g`o`zada zamonaviy markerlarga asoslangan seleksiya usullari ishlab chiqildi. Gen-nokaut yoki RNK interferensiyasi molekulyar genetika va bioinformatika usullari mahsuli bo`lib, organizmning belgilangan genlari faolligini to`xtatish imkonini beradi. Shu tufayli genlari ―o`chirilgan‖ (nokaut qilingan) organizm vujudga keladi. Bu nukleotid ketma-ketligi ma‘lum bo`lgan genlarning funksiyasini aniqlashga yordam beradi. Nokaut qilingan va normal organizm namunalari orasidagi farqlar, o`rganilayotgan gen funksiyasini ko`rsatib beradi. Qishloq xo`jaligi ekinlarining biologik ko`rsatkichlari – hosildorlik, ertapisharlik, zararkunanda va hasharotlarga chidamlilikning namoyon bo`lishida ishtirok etuvchi genning tarkibi va funksiyasi aniqlangandan so`ng maqsadga muvofiq ravishda ushbu gen faoliyatini kuchaytirish yoki aksincha uni to`xtatish mumkin. Markaz olimlari erishgan eng so`nggi yutuqlardan biri – bu ular tomonidan g`o`za uchun yaratilgan dunyodagi ilk -nokaut texnologiyasidir. Genomika organizmlar genomlarini o’rganish bilan shug‘ullanadi (odatda DNK sekvenirlashlari). Uning kelib chiqishi va genomikasi bo’yicha in silico - "kremniy yilda", ba‘zan o’rganish faqat hisoblash (kompyuter) usullari yordamida amalga oshiriladi, deb ko’rsatish uchun ishlatiladi. Kremniyni eslatish zamonaviy kompyuterlarning elementar bazasi kremniy yarimo’tkazgichlariga asoslanganligi bilan bog‘liq. Birinchi ketma-ket virusli genomga ega bo’lgan Nikla, genomikaning asosiy sa‘y-harakatlari turli xil organizmlarning DNK ketma-ketliklarini aniqlashga va genetik xaritalash masalalariga - genomning alohida qismlarining funksionalligini aniqlashga qaratilgan. Keyinchalik, genomika genlarning o’zaro ta‘siri (epistaz) va bir xil genning (pleiotropiya) ta‘sirining ko’plab namoyishlari bilan bog‘liq turli xil intragenomik [198] hodisalarni o’rganish bilan bog‘liq ishlarni ham o’z ichiga boshladi. Shu bilan birga, genlarning funktsiyalarini tushuntirish vazifalari hali ham asosan genetika va molekulyar biologiya muammolariga bog‘liq. Hozirgi vaqtda genomika bilan shug‘ullanadigan masalalar ro’yxatiga RNK sintezi (transkripsiyasi) va transkriptning o’zaro ta‘siri (transkriptomika) ham kiradi. Ushbu o’quv qo’llanma tez rivojlanayotgtez rivojlanayotgan genomika sohasi - hisoblash genomikasiga bag’ishlangan ( Computational genomics) yo‘naltirilgan. Nomidan ko’rinib turibdiki, hisoblash genomikasi genomika tomonidan o’rganilgan jarayonlar va ob‘ektlarning kompyuter modellarini yaratish orqali ularning xatti-harakatlarini bashorat qilishga harakat qiladi va shuningdek, genomika bilan bog‘liq molekulyar biologik tadqiqotlar bilan birga xizmat qiladi. Hisoblash genomikasi yechishga urinayotgan masalalar qo’yidagi savollarni o’z ichiga oladi:
 organizmlar genomlaridagi ba‘zi nukleotidlar ketma-ketliklarining funktsiyalarini aniqlash va bashorat qilish;
 mavjud bo’lgan natijalarni qayta ishlash nuqtai nazaridan ham, yangi vazifalar va tadqiqot maqsadlarini qo’yishda ham klassik molekulyar tadqiqotlarni matematik qo’llab-quvvatlash;
 ayrim tashqi ta‘sir va ogohlantirishlarga javob beradigan genlarni aniqlash;  nukleotidlar ketma-ketligidagi to’liq bo’lmagan / noto’g‘ri tandem takrorlanishlarini aniqlash;
 nukleotid kontekstining genomdagi regulyativ ketma-ketliklarning ishlashiga ta‘sirini tahlil qilish;
 "keraksiz" DNK muammosini hal qilish, ya‘ni. genomning turli qismlari, shu jumladan funktsional yuki hozirda bizga noma‘lum bo’lgan qismlarning ahamiyatini tahlil qilish