जैव सूचना विज्ञान, जैविक डेटा के कम्प्यूटेशनल विश्लेषण और भंडारण के लिए एक नया उभरा हुआ विज्ञान है। जैव सूचना विज्ञान एक पूर्ण विकसित अंतःविषय विषय के रूप में उभरा है जो कंप्यूटर विज्ञान और सूचना प्रौद्योगिकी के विकास को जैविक विज्ञान के साथ जोड़ता है।

जैव सूचना विज्ञान शब्द दो शब्दों से मिलकर बना है:

• बायो मतलब जीव विज्ञान (जीवित)
• Informatique (फ्रेंच से लिया गया) का अर्थ है "डेटा प्रोसेसिंग"।

जैव सूचना विज्ञान वह जगह है जहां उन्नत कंप्यूटिंग तकनीकों का उपयोग करके जैविक डेटा के प्रबंधन और विश्लेषण के लिए जीव विज्ञान, कंप्यूटर विज्ञान और सूचना प्रौद्योगिकी सिग्नल अनुशासन में विलीन हो जाते हैं।

'जैव सूचना विज्ञान' शब्द की खोज सबसे पहले 1978 में एक डच सैद्धांतिक जीवविज्ञानी "पॉलियन होगेवेग" और "बेन हेस्पर" ने जैविक प्रणाली में सूचनात्मक प्रक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए की थी।

इंस्टीट्यूट पाश्चर, पेरिस में "फ्रेडज टेकिया" ने जैव सूचना विज्ञान को गणितीय, सांख्यिकी और कंप्यूटिंग विधियों के रूप में अधिक सटीक रूप से परिभाषित किया है जिसका उद्देश्य डीएनए, अमीनो एसिड अनुक्रम और संबंधित जानकारी का उपयोग करके जैविक समस्याओं को हल करना है।

अवधारणा:

जैव सूचना विज्ञान मुख्य रूप से जैविक डेटाबेस और एल्गोरिदम विकसित करके जीव विज्ञान के उपडोमेन पर ध्यान केंद्रित करता है जो जीन और प्रोटीन पर शोध करने में मदद करता है।

मानव जीनोम परियोजना के दौरान जैव सूचना विज्ञान ने बहुत ध्यान आकर्षित किया। इसे बड़े और जटिल मानव जीनोम को अनुक्रमित करने और मानव डीएनए में जीन की पहचान करने में सक्षम बनाया गया है।

जैव सूचना विज्ञान उपकरण अपने कार्यों से संरचनाओं की भविष्यवाणी करते हैं; अनुक्रम संरचनाओं से कार्यों की भविष्यवाणी करने के लिए कई मशीन सीखने के तरीकों का उपयोग किया जाता है।

जैव सूचना विज्ञान के तीन घटक हैं:

1. जैविक डेटा के खोए हुए सेट के बीच पहुंच संबंधों के लिए एल्गोरिदम और आंकड़ों का विकास।
2. जैविक डेटा के विश्लेषण और व्याख्या के लिए उपकरणों के अनुप्रयोग में न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम शामिल हैं।
3. जैविक जानकारी के बड़े निकायों यानी आणविक विकास के कुशल भंडारण और प्रबंधन के लिए डेटाबेस का विकास।

जैव सूचना विज्ञान: एक बहुविषयक दृष्टिकोण

डेटा भंडारण और दुनिया के वैज्ञानिक, इंजीनियरिंग और आर्थिक विकास को प्रभावित करने वाले अनुक्रमों का विश्लेषण करने के लिए अकादमिक अनुसंधान और औद्योगिक अनुप्रयोग के लिए जैव सूचना विज्ञान एक आशाजनक और आवश्यक अनुशासन के रूप में उभरा है।

लेकिन जैव सूचना विज्ञान केवल जैविक डेटा की गणना तक ही सीमित नहीं है, बल्कि इसका उपयोग कई जैविक समस्याओं को डिकोड करने और यह पता लगाने के लिए भी किया जा सकता है कि जीवित चीजें कैसे काम करती हैं।

जैव सूचना विज्ञान की अंतिम अवधारणा कंप्यूटर और जीव विज्ञान का उपयोग करके नई जैविक अंतर्दृष्टि की खोज करना है जिसके लिए जीवित प्रणाली को समझने के लिए गणित, सांख्यिकी, भौतिकी और खोज-संबंधी विज्ञान जैसे अन्य विशिष्ट क्षेत्रों के सहयोग और अनुप्रयोग की आवश्यकता होती है।

जैव सूचना विज्ञान: जैव प्रौद्योगिकी का मस्तिष्क

जैव सूचना विज्ञान का व्यावहारिक पहलू जीवन के कोड को समझना है, यानी न्यूक्लियोटाइड अनुक्रमों में रहने वाली जानकारी को डिकोड करना है।

न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम प्रोटीन के संदर्भ में व्यक्त जीन का निर्माण करते हैं। जीनोमिक डीएनए या उत्परिवर्तन के न्यूक्लियोटाइड अनुक्रमों में किसी भी भिन्नता और त्रुटि से आनुवंशिक विकार या चयापचय परिवर्तन हो सकते हैं। इसलिए, जैव प्रौद्योगिकी के शोधकर्ता व्यक्तिगत जीनोम की प्रकृति के बारे में जानना चाहते हैं।

कई डीएनए अनुक्रमण परियोजनाएं पहले ही पूरी हो चुकी हैं, और कई प्रगति पर हैं, जिससे बड़ी मात्रा में जैविक जानकारी प्राप्त हो रही है। इससे जैव सूचना विज्ञान के विकास में वृद्धि हुई है। इतनी बड़ी जानकारी और व्याख्या को संभालना जैव सूचना विज्ञान के बिना संभव नहीं था। इसलिए, जैव सूचना विज्ञान को जैव प्रौद्योगिकी का मस्तिष्क कहा जा सकता है।

जैव सूचना विज्ञान के अनुप्रयोग:

1. आनुवंशिक रूप से संबंधित अनुप्रयोग

• अज्ञात जीन से एकल से अतिरिक्त समानता का विश्लेषण।
• बाइंडिंग साइट्स और व्युत्पन्न विकासवादी संबंधों जैसी विशिष्ट विशेषताओं की पहचान फ़ाइलोजेनेटिक पेड़ों के माध्यम से की जाती है।
• जीन परिवार के सदस्यों की पहचान करने और जीन के गुणसूत्र स्थान का निर्धारण करने के लिए पूर्ण जीनोम विश्लेषण।

2. अनुक्रम विश्लेषण

• ब्लास्टा: प्राथमिक स्थानीय संरेखण खोज उपकरण
• FASTA: रुचि के अनुक्रम के बीच निष्पक्ष तुलना करना।

3. जीनोमिक्स और प्रोटिओमिक्स

पिछले दशक के दौरान, सभी ज्ञात प्रोटीन परिवारों या डोमेन के लिए सटीक 3डी संरचना प्राप्त करने के लिए जीनोमिक्स दृष्टिकोण और प्रोटीन स्तर का उपयोग करके आनुवंशिक विकारों के उपचार का पता लगाने के लिए जैव सूचना विज्ञान एक शक्तिशाली उपकरण बन गया है।

4. फ़ाइलोजेनोमिक और विकासवादी अध्ययन

जैव सूचना विज्ञान उपकरण जीन और विभिन्न जीवों की संख्या, स्थान और जैव रासायनिक कार्यों की तुलना कर सकते हैं।

5. फार्माकोजेनेटिक्स

जैव सूचना विज्ञान उपकरणों का उपयोग दवा डिजाइनिंग, दवा खोज और नैदानिक ​​विकास के बारे में जानकारी लागू करने के लिए भी किया जाता है।

6. संरचना विश्लेषण

प्रोटीन और न्यूक्लियोटाइड के 3डी आकार को देखने के लिए कई प्रोग्राम और डेटाबेस विकसित किए गए हैं जो कंप्यूटर मॉनिटर पर एक उत्कृष्ट 3डी दृश्य प्रस्तुत करते हैं।

7. कृषि सूचना विज्ञान

• कृषि में जैव सूचना विज्ञान का अनुप्रयोग पौधों के जीनोम को अनुक्रमित करने पर केंद्रित है जो लाभ प्रदान करता है।
• अधिक महत्वपूर्ण और कीट-प्रतिरोधी फसलें पैदा करने के लिए जीनोम के भीतर जीन की खोज के लिए जैव सूचना विज्ञान उपकरण लागू किए जा सकते हैं।

8. जैव-हथियारों का निर्माण

डेटाबेस पर उपलब्ध रोगज़नक़ प्रजातियों का जीनोमिक डेटा जैव हथियार बना सकता है।

9. प्रोटीन अनुक्रम विश्लेषण

नेशनल सेंटर फॉर बायोटेक्नोलॉजी इंफॉर्मेशन (एनसीबीआई) और डीएनए डेटा बैंक ऑफ जापान (डीडीबीजे) डेटाबेस ने अनुक्रम पुनर्प्राप्ति और प्रोटीन अनुक्रम पहचान का उपयोग किया।

जैव सूचना विज्ञान उपकरण

• ब्लास्ट

बेसिक लोकल एलाइनमेंट सर्च टूल को समान अनुक्रमों को खोजने के लिए तेज और संवेदनशील डेटाबेस खोज के लिए 1990 में अल्टस्चुल एट अल द्वारा विकसित किया गया था। यह उपयोगकर्ता के अनुकूल समानता खोज टूल का एक परिवार है। ब्लास्ट का उपयोग डीएनए डेटाबेस समानता को मापने के लिए किया जाता है।

एनसीबीआई ब्लास्ट सर्वर का समर्थन करता है।

ब्लास्ट द्वारा उपयोग किया जाने वाला प्रोग्राम

– ब्लास्ट पी – यह प्रोटीन अनुक्रमों की तुलना प्रोटीन डेटाबेस से करता है।

– ब्लास्ट एक्स – यह एक ऐसा प्रोग्राम है जो अनुवादित न्यूक्लियोटाइड अनुक्रमों की तुलना अमीनो एसिड से और आगे प्रोटीन डेटाबेस से करता है।

– ब्लास्ट एम – यह न्यूक्लियोटाइड अनुक्रमों की तुलना न्यूक्लियोटाइड डेटाबेस से करता है।

न्यूक्लियोटाइड अनुक्रमों के लिए ब्लास्ट सर्वर का उपयोग कैसे करें?

चरण-1: ब्लास्ट प्रारूप में न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम (डीएनए/आरएनए) इनपुट करें।

चरण-2 तुलना के प्रकार के आधार पर BLAST प्रोग्राम का चयन करें।

चरण-3 तुलना के लिए उपयोग किए जाने वाले डेटाबेस का चयन करें।

चरण-4 अनुक्रम को ब्लास्ट के लिए प्रस्तुत किया गया

समरूपता खोज

चरण-5 आउटपुट फ़ाइल

खोज का परिणाम BLAST इंटरफ़ेस पर प्राप्त किया जा सकता है। 

• समूह:

एन्सेम्बल एक जीनोमिक डेटाबेस है जिसे मानव जीनोम परियोजना को पूरा करने में मदद करने के लिए 1999 में यूरोपीय जैव सूचना विज्ञान संस्थान द्वारा लॉन्च किया गया था। यह एक एप्लिकेशन प्रोग्रामिंग इंटरफ़ेस भी प्रदान करता है जो जीन जैसी जैविक वस्तुओं को मॉडल करता है और डेटा पुनर्प्राप्ति की अनुमति देता है। एन्सेम्बल की मदद से, होमो सेपियन्स और अन्य कशेरुकियों के जीनोम का अध्ययन करने वाले शोधकर्ताओं के लिए एक डेटाबेस प्रदान किया जा सकता है।