biologia computa ional trecut prezent i...
TRANSCRIPT
BIOLOGIA COMPUTAŢIONALĂ:
TRECUT, PREZENT ŞI VIITOR
Sorana D. BOLBOACĂ
Universitatea de Medicină şi Farmacie “Iuliu Haţieganu“ Cluj-NapocaUniversitatea de Ştiinţe Agricole şi Medicină Veterinară Cluj-Napoca
22 Aprilie 2010
2
BioArta - SOCIETATEA ŞI PERCEPŢIA BIOTEHNOLOGIEI
CUPRINS
DEFINIŢII
TRECUT
PREZENT
DIN EXPERIENŢA PERSONALĂ ...
22 Aprilie 2010
3
BioArta - SOCIETATEA ŞI PERCEPŢIA BIOTEHNOLOGIEI
BIOLOGIE COMPUTAŢIONALĂ?Aplicarea teoriei biologice prin utilizarea modelelormatematice, statistice, fizice şi a calculatorului în analiza sistemelor complexe biologice Simularea experimentelor biologice cu ajutorul calculatorului (neurobiologia, prelucrarea imaginii)
22 Aprilie 2010
4
BioArta - SOCIETATEA ŞI PERCEPŢIA BIOTEHNOLOGIEI
BIOLOGIE COMPUTAŢIONALĂ?
Utilizarea calculatorului în găsirea soluţiilor unor probleme complexe biologice:
Complexitatea algoritmului:Problema are din punct de vedere teoretic cel puţin o soluţie?
Care este cea mai eficientă soluţie?
Stadiul actual al evoluţiei calculatorului:Memorie
Viteză
Cost
22 Aprilie 2010
5
BioArta - SOCIETATEA ŞI PERCEPŢIA BIOTEHNOLOGIEI
SISTEME DE CALCUL
Douglas EngelbartInterfaţa grafică şi mouse-ul
1964
Jack Kilby & Robert NoyceCircuit integrat1958
William Shockley, John Bardeen & Walter BrattainTranzistor1947
J. Presper Eckert & John W. MauchlyENIAC1946
John von NeumannVon Neumann1945
Alan TuringColossus1943
Claude ShannonCircuit boolean1938
Konrad ZuseCalculatorul YI1939
Ladz Ada LovelanceCalculatorul1831
Blaise PascalMaşina de calcul1942
William OughtredRigla de calcul1621
Leonardo da VinciCalculatorul mecanic1500
Chinese & BabylonianAbacul1000BC
22 Aprilie 2010
6
BioArta - SOCIETATEA ŞI PERCEPŢIA BIOTEHNOLOGIEI
SISTEME DE CALCUL
Tom Truscott, Jim Ellis & Steve BellovinUsenet1978
Steven Wozniak & Steve JobsApple1976
Bill Gates & Paul AllenMicrosoft Corporation1975
Vint Cerf & Robert KahnTCP1974
Alex McKenzieFTP
Robert MetcalfeEthernet
Dennis Ritchie & Brian KernighanC1973
Jon PostelTelnet1972
Roy TomlinsonE-mail1971
Ken Thomson & Dennis RitchieUNIX
UCLA, Stanford, UC Santa Barbara & University of Utha
ARPAnet1969
22 Aprilie 2010
7
BioArta - SOCIETATEA ŞI PERCEPŢIA BIOTEHNOLOGIEI
SISTEME DE CALCUL
IBM CorporationIBM PC1981
Apple ComputerOS X2001
Marc AndreessenMosaic1993
Linus TorvaldsLinux1991
Tim Breners-LeeHTML & HTTP1989
Steve JobsNeXT Computer1986
Microsoft CorporationWindows1985
Jon PostelDNS1984
ARRPATCP/IP1982
22 Aprilie 2010
8
BioArta - SOCIETATEA ŞI PERCEPŢIA BIOTEHNOLOGIEI
EVOLUŢIA SISTEMELOR DE OPERARE
22 Aprilie 2010
9
BioArta - SOCIETATEA ŞI PERCEPŢIA BIOTEHNOLOGIEI
BIOLOGIE COMPUTAŢIONALĂ: CÂND ? CE ?
Allan Maxam & Walter GilbertSecveţierea ADN-ului1977
HIH/NLMMEDLINE1971
Hamilton Smith, John HopkinsEnzime de restricţie1970
Marshall Nirenberg, Robert Hollez & Har Khorana
Codul genetic1966
Sidney Brenner & Francis CrickCodonul1961
Fred SangerSecvenţierea proteinelor1955
James Watson & Francis CrickDublul helix – Structura ADN1953
Claude ShannonTeoria informaţiei1948
Oswald Avery, Maclz McCarty & Colin MacLoad
Transformarea AND-ului1944
Frankil GriffinghPrincipiile tranformării1928
Robert FeulgenAND cromozomal1924
Johann Friedrich MiescherADN1869
22 Aprilie 2010
10
BioArta - SOCIETATEA ŞI PERCEPŢIA BIOTEHNOLOGIEI
BIOLOGIE COMPUTAŢIONALĂ: CÂND ? CE ?
Leonard AdelmanDNA computer (nanocomputer)1994
NCBIPubMed1997
...
Haemopkhilus influentzae (1,8Mb)1995
Proiectul genomului uman1990
Stephan Altschul & David LipmanBLAST*1990
Christian MarckDNA Strider*
William Pearson & David LipmanFASTA*
NIH-NLMNCBI1988
LANL-EMBL-NCBIGenBank1982
Temple Smith & David WatermanAlgoritmul Smith-Waterman1981
Roger StadenProgramul Staden*1977
22 Aprilie 2010
11
BioArta - SOCIETATEA ŞI PERCEPŢIA BIOTEHNOLOGIEI
http://www.sanger.ac.uk/HGP/ & R.Harding & HMG (2004) p 245
GENOMUL UMAN (2001)
22 Aprilie 2010
12
BioArta - SOCIETATEA ŞI PERCEPŢIA BIOTEHNOLOGIEI
BIOLOGIE COMPUTAŢIONALĂ?
Algoritmul: o secvenţă de instrucţiuni care trebuie aplicate pentru a putea găsi o soluţie la o problemă formulată corect:
Identică corect problema
Problema = o clasă de sarcini computaţionale
Evoluţie strict legată de evoluţia calculatorului:Viteza CPU vs. memorie: determinarea structurii unei proteine necesită multe calcule dar memorie limitată; căutarea genomului necesită puţine calcule dar capacitate de memorare mare.
22 Aprilie 2010
13
BioArta - SOCIETATEA ŞI PERCEPŢIA BIOTEHNOLOGIEI
BIOLOGIE COMPUTAŢIONALĂ: PREZENT
Baze de date:
> 1000 baze de date biologice online (mărime, calitate, conţinut, nivel de interes)
National Center for BiotechnologyInformation: : 30 baze de date
Jurnale:Journal of Computational Biology (FI = )
PLoS Computational Biology
Journal of Bioinformaticsand Computational Biology
Genome Biology
Genome Research
Computational Biology and Chemistry
Molecular Systems Biology
22 Aprilie 2010
14
BioArta - SOCIETATEA ŞI PERCEPŢIA BIOTEHNOLOGIEI
BIOLOGIE COMPUTAŢIONALĂ: PREZENT
Căi metabolicewww.genome.ad.jpKEGGStructură proteinewww.rcsb.org/pdb/PDBEnzimewww.chem.qmul.ac.ukEnzymesBoli genetice umanewww.ncbi.nlm.nih.govOMIMDomeniu proteinewww.ebi.ac.ukInterProSecvenţe proteinewww.expasy.chSWISS-PROTSecvenţe proteinewww.ncbi.nlm.nih.govNRLiteratură de specialitatewww.ncbi.nlm.nih.govPubMedGenom (uman, şoarece, etc.)www.ensembl.orgEnsemblSecvenţe nucleotidewww.ncbi.nlm.nih.govGenBankDescriereAdresăDenumire
22 Aprilie 2010
15
BioArta - SOCIETATEA ŞI PERCEPŢIA BIOTEHNOLOGIEI
BIOLOGIE COMPUTAŢIONALĂ: PREZENT
22 Aprilie 2010
16
BioArta - SOCIETATEA ŞI PERCEPŢIA BIOTEHNOLOGIEI
REZULTATE PERSONALE
AT93/2007 – CNCSISStatistică Aplicată (Serii de Timp, Analiza Componentelor Principale) – Colagen - Caracterizare
Structură-ProprietăţiAnaliză relaţii structură-proprietate amino-acizi (24 scale de hidrofobicitate + alte proprietăţi): http://l.academicdirect.org/Agriculture/Colagen/AminoAcidsProp/
Analiza similarităţii lanţurilor de colagen tip I (α1 şi α2 ): Rattus norvegicus; ± Bos taurus; Danio rerio; Canis lupus; şi Homo sapiens:http://l.academicdirect.org/Agriculture/Colagen/Chains/http://l.academicdirect.org/Agriculture/Colagen/StringAnalysis/
22 Aprilie 2010
17
BioArta - SOCIETATEA ŞI PERCEPŢIA BIOTEHNOLOGIEI
REZULTATE PERSONALE
22 Aprilie 2010
18
BioArta - SOCIETATEA ŞI PERCEPŢIA BIOTEHNOLOGIEI
REZULTATE PERSONALE
22 Aprilie 2010
19
BioArta - SOCIETATEA ŞI PERCEPŢIA BIOTEHNOLOGIEI
REZULTATE PERSONALE: REFERINŢE
Bolboacă SD, Jäntschi L. 2007. Amino Acids Sequences Analysison Collagen. Bull Univ Agric Sci Med Vet Anim Sci Biotechnol63-64:311-316.Bolboacă SD, Jäntschi L. 2007. Is Amino Acids Hydrophobicity a Matter of Scale?. Rec Adv Synt Chem Biol 6:P2.Bolboacă SD, Jäntschi L. 2007. Modeling Analysis of Amino Acids Hydrophobicity. Proc ChemMod 2007:6. Bolboacă SD, Jäntschi L. 2008. A structural informatics studyon collagen. Chem Biol Drug Des 71(2):173-179.Bolboacă SD, Jäntschi L. 2008. Cyclicity Analysis of Amino-Acids on Type I Collagen Chains. Bull Univ Agric Sci Med Vet Anim Sci Biotechnol 65(1-2):404-409.Bolboacă SD, Jäntschi L. 2008. Homo Sapiens Type I Collagen: Patterns Analysis. Appl Med Inform 22(1-2):39-46.Bolboacă SD, Jäntschi L. 2008. Modelling Analysis of Amino Acids Hydrophobicity. Commun Math Comput Chem (MATCH) 60(3):1021-1032.
22 Aprilie 2010
20
BioArta - SOCIETATEA ŞI PERCEPŢIA BIOTEHNOLOGIEI
”We are swimming in a rapidly rising sea of data. . . how do
we keep from drowning?”
Roos (2001). Science. 291:1260
Bio WikicaBIG