A bioinformática é uma ciência recém-surgida para a análise computacional e armazenamento de dados biológicos. A bioinformática emergiu como um assunto interdisciplinar completo que faz a interface do desenvolvimento da ciência da computação e da tecnologia da informação com a ciência biológica.

A palavra bioinformática foi derivada de duas palavras:

• Bio significa biologia (viver)
• Informática (derivado do francês) significa “processamento de dados”.

A bioinformática é onde a biologia, a ciência da computação e a tecnologia da informação se fundem na disciplina de sinais para gerenciar e analisar dados biológicos usando técnicas avançadas de computação.

A palavra ‘bioinformática’ foi descoberta pela primeira vez por “Paulien Hogeweg”, um biólogo teórico holandês, e “Ben Hesper” em 1978 para estudar processos informáticos no sistema biótico.

“Fredj Tekaia” do Institut Pasteur de Paris definiu a bioinformática mais precisamente como os métodos matemáticos, estatísticos e de computação que visam resolver problemas biológicos usando DNA, sequências de aminoácidos e informações relacionadas.

CONCEITO:

A bioinformática concentra-se principalmente no subdomínio da biologia, desenvolvendo bancos de dados biológicos e algoritmos que ajudam na pesquisa de genes e proteínas.

A bioinformática chamou muita atenção durante o projeto Genoma Humano. Isto permitiu sequenciar o grande e complexo genoma humano e identificar o gene no DNA humano.

As ferramentas de bioinformática prevêem estruturas a partir de suas funções; vários métodos de aprendizado de máquina são usados ​​para prever as funções a partir de estruturas de sequência.

Existem três componentes da bioinformática:

1. O desenvolvimento do algoritmo e estatísticas para relações de acesso entre o conjunto perdido de dados biológicos.
2. A aplicação de ferramentas para análise e interpretação de dados biológicos inclui sequências de nucleotídeos.
3. Desenvolvimento de bases de dados para armazenamento e gestão eficiente de grandes corpos de informação biológica, ou seja, evolução molecular.

BIOINFORMÁTICA: UMA ABORDAGEM MULTIDISCIPLINAR

A bioinformática emergiu como uma disciplina promissora e essencial para a pesquisa acadêmica e aplicação industrial para armazenamento de dados e análise de sequências que influenciaram o desenvolvimento científico, de engenharia e econômico do mundo.

Mas a bioinformática não se limita à computação de dados biológicos, mas também pode ser usada para decodificar muitos problemas biológicos e descobrir como funcionam os seres vivos.

O conceito final da bioinformática é descobrir novos insights biológicos usando computadores e biologia que requerem a cooperação e aplicação de outros campos especializados, como matemática, estatística, física e ciências relacionadas à pesquisa, para compreender o sistema vivo.

BIOINFORMÁTICA: O CÉREBRO DA BIOTECNOLOGIA

O aspecto prático da bioinformática é compreender o código da vida, ou seja, decodificar a informação residente nas sequências de nucleotídeos.

As sequências de nucleotídeos constituem os genes expressos em termos de proteína. Qualquer variação e erro nas sequências de nucleotídeos do DNA genômico ou mutação pode levar a distúrbios genéticos ou alterações metabólicas. Portanto, os pesquisadores em biotecnologia querem saber sobre a natureza dos genomas individuais.

Muitos projetos de sequenciação de ADN já foram concluídos e muitos mais estão em curso, conduzindo a uma vasta quantidade de informação biológica. Isso contribuiu para o crescimento da ciência da bioinformática. O tratamento de informações e interpretações tão enormes não era possível sem a bioinformática. Conseqüentemente, a bioinformática pode ser chamada de cérebro da biotecnologia.

APLICAÇÕES DA BIOINFORMÁTICA:

1. Aplicação geneticamente relacionada

• Análise de similaridade única a excessiva de genes desconhecidos.
• Características típicas, como locais de ligação e relações evolutivas derivadas, são identificadas por meio de árvores filogenéticas.
• Análise completa do genoma para identificar membros da família genética e determinar a localização cromossômica do gene.

2. Análise de Sequência

• Blasta: A principal ferramenta de pesquisa de alinhamento local
• RÁPIDO: Para realizar uma comparação justa entre a sequência de interesse.

3. Genômica e Proteômica

Durante a última década, a Bioinformática tornou-se uma ferramenta poderosa para explorar o tratamento de doenças genéticas utilizando a abordagem genômica e um nível de proteína para obter uma estrutura 3D precisa para todas as famílias ou domínios de proteínas conhecidos.

4. Estudos filogenómicos e evolutivos

As ferramentas de bioinformática podem comparar números, localizações e funções bioquímicas do gene e de diferentes organismos.

5. Farmacogenética

Ferramentas de bioinformática também são usadas para aplicar informações sobre projeto, descoberta de medicamentos e desenvolvimento clínico.

6. Análise estrutural

Vários programas e bancos de dados foram desenvolvidos para visualizar a forma 3D de proteínas e nucleotídeos que fornecem uma excelente visualização 3D no monitor do computador.

7. Agroinformática

• A aplicação da bioinformática na agricultura concentra-se no sequenciamento do genoma das plantas que proporciona benefícios.
• Ferramentas de bioinformática podem ser aplicadas na busca de genes dentro dos genomas para produzir culturas mais vitais e resistentes a insetos.

8. Criação de armas biológicas

Os dados genômicos de espécies de patógenos disponíveis no banco de dados podem formar armas biológicas.

9. Análise da sequência proteica

Os bancos de dados do Centro Nacional de Informações sobre Biotecnologia (NCBI) e do Banco de Dados de DNA do Japão (DDBJ) usaram recuperação de sequências e identificação de sequências de proteínas.

FERRAMENTAS DE BIOINFORMÁTICA

• BLAST

A ferramenta básica de pesquisa de alinhamento local foi desenvolvida por Altschul et al., em 1990, para pesquisa rápida e sensível em banco de dados para encontrar sequências semelhantes. É uma família de ferramentas de busca por similaridade fáceis de usar. O BLAST é usado para medir a similaridade do banco de dados de DNA.

NCBI suporta o servidor BLAST.

O programa usado pelo BLAST

– BLAST P – Compara sequências de proteínas com bancos de dados de proteínas.

– BLAST X – É um programa que compara sequências de nucleotídeos traduzidas com aminoácidos e, posteriormente, com o banco de dados de proteínas.

– BLAST M – Compara sequências de nucleotídeos com o banco de dados de nucleotídeos.

Como usar o servidor BLAST para sequências de nucleotídeos?

Etapa 1: Inserir a sequência de nucleotídeos (DNA/RNA) no formato BLAST.

Passo 2: Selecione o programa BLAST dependendo do tipo de comparação que deseja realizar.

Etapa 3: Selecione o banco de dados a ser usado para comparação.

Etapa 4: Sequência submetida ao BLAST

Pesquisa de homologia

Etapa 5 - Arquivo de saída

O resultado da busca pode ser obtido na interface do BLAST. 

• Conjunto:

Ensembl é um banco de dados genômico lançado pelo Instituto Europeu de Bioinformática em 1999 para ajudar a completar o Projeto Genoma Humano. Ele também fornece uma interface de programação de aplicativos que modela objetos biológicos como genes e permite a recuperação de dados. Com a ajuda do Ensembl, um banco de dados pode ser fornecido para pesquisadores que estudam os genomas do homo sapiens e de outros vertebrados.