در دهه گذشته با بهبود و پیشرفت امکانات جدید آزمایشگاهی مانند PCR ، BAC ، الکتروفورز ژل و چیپ های micro array و همچنین انقلاب در فناوری رایانه ها و تکنیک های بیوانفورماتیک به رشد عظیمی در پایگاه داده های ژنومیک و پروتئومیکس دست یافته ایم. در دسترس بودن این داده ها و تکنیک های بیوانفورماتیک برای بشر این انتظار را به وجود آورده است، که بتواند با دست ورزی میکروارگانیسم ها ژنتیک آنها را کنترل کند. مزایایی چون تشخیص بهتر بیماری ها از طریق استفاده از مارکرهای زیستی پروتئینی، محافظت در برابر بیماریها با استفاده از واکسنهای مقرون به صرفه و طراحی منطقی دارو، بهبود کیفیت و کمیت کشاورزی و… با بهبود سرور های بیوانفورماتیک میسر شده است.
علاوه بر این، تجزیه و تحلیل داده ها توسط ابزارهای بیوانفورماتیک درک ما را در مورد ساختار ژنوم و فرایند بازسازی میکروارگانیسم ها افزایش داده است. در دهه گذشته، تکنیک های بیوانفورماتیک برای شناسایی و تجزیه و تحلیل اجزای مختلف سلول ها مانند عملکرد ژن و پروتئین، برهم کنش ها و مسیرهای متابولیک و تنظیم کننده توسعه یافته اند. دهه آینده متعلق به درک مکانیسم سلولی و دستکاری سلولی با استفاده از ادغام بیوانفورماتیک، آزمایشات مولکولی و تکنیک های شبیه سازی سلولی است.
اخیرا، محققان از این تکنیک ها برای تولید پروتئین های نوترکیب استفاده نموده اند. علی رغم اینکه ، این رشته حوزه جدیدی است، اما بیوانفورماتیک از طریق توسعه الگوریتم ها، ابزارها و تکنیک ها به بیوتکنولوژی کمک بنیادی کرده است. از جمله می توان به مواردی همچون تعیین توالی ژنوم به صورت خودکار، پیش بینی مدل سازی ساختار سه بعدی، مقایسه دو ژن و شناسایی ژن ها اشاره نمود.
تعیین توالی ژنوم به صورت خودکاریکی از تکنیک های مهم بیوانفورماتیکی
در این روش اساس کار مبتنی بر روش های PCR یا BAC و الکتروفورز دو بعدی است. بیوانفورماتیک در پیش بینی منطقه پروموتور ژنوم، پیش بینی منطقه کد کننده ژنوم، کمک به پیوستن توالی قطعات کوچکتر DNA برای تشکیل توالی ژنوم کامل و شناسایی خطا در نوکلئوتید ها کاربرد دارد. از زمان تعیین توالی اولین ژنوم میکروبی Haemophilus influenzae در 1995 صدها ژنوم میکروبی برای تحقیقات عمومی در GenBank توالی یابی و بایگانی شده است. http://ftp.ncbi.nih.gov/genbank/
تکینیک شناسایی ژن ها
برنامه های مهم در تکینیک های بیوانفورماتیک مانند GLIMMER و GenBank برای شناسایی ناحیه کد کننده یا تعیین فریم های خواندن در ژنوم استفاده می شوند.
روشی شناسایی عملکرد ژن
پس از شناسایی فریم های صحیح خواندن بازها نوبت به شناسایی عملکرد ژن مورد نظر می رسد. ابزار های جست و جوی توالی و الگوریتم های BLAST ، BLOSUM ، ClustalX و SMART برای شناسایی عملکرد ژنوم استفاده می شوند.
مدلسازی ساختار سه بعدی (سه بعدی): تکینک بیوانفورماتیکی در پیش بینی ساختار پروتئین
ساختار پروتئین بسته به اینکه به صورت منفرد باشد یا در حالت میانکنش با لیگاند، پروتئین ها، DNA و RNA باشد می تواند متغیر باشد. همچنین عملکرد این پروتئین ها نیز بستگی به این فعل و انفعالات دارد. تکنیک های بیوانفورماتیک برای پیشبینی ساختار احتمالی پروتئین کد شده توسط