Про биоинформатику слышали многие. Кто-то знает больше, кто-то меньше. Мы постарались раскрыть вопрос этой, относительно новой, науки. Так сказать, дать общие представления читателю об основных вехах развития, методах и проблемах: решённых и существующих на нынешнее время. Автор сообщества Фанерозой, генетик, ботаник Степан Иванов.

С развитием информационных технологий появилось множество удобств самого разного характера. Не обошли стороной эти удобства и научные исследования. Совершенно неудивительно, что и в биологии появился и нашёл применение целый огромный раздел науки — биоинформатика. Хотя следует отметить, что это и произошло совсем недавно. Так, датой начала использования биоинформатики в биологии можно назвать 1970 год. Тогда Полина Хогевег (нидерландский биолог) и Бен Хеспер ввели термин «биоинформатика», определив его как изучение информационных процессов в биотических системах.

С этого момента биоинформатика развивалась стремительно и неумолимо. В 1970 году Нидельманом-Вуншем была предложена система сравнения аминокислотных и нуклеотидных последовательностей. Эти алгоритмы быстро находили применение в огромном количестве исследований и стали фундаментом для новых открытий. Одним из наиболее важных прорывов стали алгоритмы и программы, позволяющие предсказывать вторичные структуры белков, а на их основе — предсказывать функции отдельных доменов и белков в целом (мы писали об этом здесь).

Вообще, стандартным решением многих биологических вопросов является сравнение полученных данных с эталоном, и информационные технологии, позволяющие перенести эти расчёты на компьютеры. Исследования в этой области знания приносят очень прорывные и технологические плоды.

Визуализированный результат работы алгоритмов выравнивания аминокислотных последовательностей

Вместе с развитием применения информационных технологий развивались и сами методы получения этих данных. Происходило их накопление. Например, на новый уровень выходили методы секвенирования, получали целые геномы модельных организмов, а их расшифровка и аннотирование во многом ложилось на вычислительную технику. Не углубляясь в историю развития методов NGS (next generation sequencing) отметим лишь, что сейчас есть возможность получать до 2 миллионов пар нуклеотидов за одно прочтение по весьма низкой себестоимости (в случае секвенирования методом MinION — стоимость одного миллиона пар нуклеотидов колеблется в районе 1$).

Секвенатор MinION. Принцип работы основан на изменение силы тока по мере прохождения цепи через нанопору.

Чем больше становилось референсных данных, тем больше была точность работы программ. Конечно, развивались и алгоритмы, обрабатывающие эти данные. И постепенно интерес в биоинформатике сместился с изучения отдельных частиц к исследованию взаимодействий разных генов. Отсюда даже выделился новый раздел биоинформатики — системная биология (объект — как система связанных процессов и компонентов взаимодействующих друг с другом).