Bioinformática envolve a integração de computadores, ferramentas de software e bases de dados em um esforço para resolver questões biológicas. Abordagens bioinformáticas são frequentemente usadas para grandes iniciativas que geram grandes conjuntos de dados. Duas importantes atividades de grande escala que usam Bioinformática são genômica e proteômica. Genômica refere-se à análise de genomas. Um genoma pode ser considerado como o conjunto completo de sequências de ADN que codifica o material hereditário que é transmitido de geração em geração. Estas sequências de ADN incluem todos os genes (a unidade funcional e física da hereditariedade passada dos progenitores para os descendentes) e transcritos (as cópias de ARN que são o passo inicial na descodificação da informação genética) incluídos no genoma. Assim, a genômica refere-se à sequenciação e análise de todas essas entidades genômicas, incluindo genes e transcrições, em um organismo. Proteômica, por outro lado, refere-se à análise do conjunto completo de proteínas ou proteoma. Além da genômica e proteômica, existem muitas mais áreas da biologia onde a bioinformática está sendo aplicada(I.E., Metabolómica, transcriptómica). Cada uma destas áreas importantes da Bioinformática visa compreender sistemas biológicos complexos.
muitos cientistas hoje se referem à próxima onda na Bioinformática como biologia de sistemas, uma abordagem para lidar com questões biológicas novas e complexas. A biologia de sistemas envolve a integração de informação genômica, proteômica e bioinformática para criar uma visão de sistema completo de uma entidade biológica.
por exemplo, como uma via de sinalização funciona em uma célula pode ser abordada através da biologia de sistemas. Os genes envolvidos na Via, como eles interagem, e como as modificações mudam os resultados a jusante, todos podem ser modelados usando biologia de sistemas. Qualquer sistema onde a informação possa ser representada digitalmente oferece uma potencial aplicação para a bioinformática. Assim, a bioinformática pode ser aplicada de células únicas a ecossistemas inteiros. Ao entender as “listas de partes” completas em um genoma, os cientistas estão ganhando uma melhor compreensão dos sistemas biológicos complexos. Compreender as interações que ocorrem entre todas estas partes em um genoma ou proteoma representa o próximo nível de complexidade no sistema. Através destas abordagens, a bioinformática tem o potencial de oferecer insights fundamentais em nossa compreensão e modelagem de como doenças humanas específicas ou estados saudáveis se manifestam.
the beginning of bioinformatics can be traced back to Margaret Dayhoff in 1968 and her collection of protein sequences known as the Atlas of Protein Sequence and Structure. Um dos primeiros experimentos significativos em Bioinformática foi a aplicação de um programa de busca de similaridade de seqüências para a identificação das origens de um gene viral. Neste estudo, os cientistas usaram um dos programas de pesquisa de similaridade de primeira sequência (chamado FASTP), para determinar que o conteúdo do V-sis, uma sequência viral causadora de câncer, eram mais semelhantes ao bem caracterizado gene PDGF celular. Este resultado surpreendente forneceu importantes insights mecanísticos para biólogos que trabalham em como esta sequência viral causa câncer. Desta primeira aplicação inicial de computadores à biologia, o campo da Bioinformática explodiu. O crescimento da Bioinformática é paralelo ao desenvolvimento da tecnologia de sequenciação de DNA. Da mesma forma que o desenvolvimento do microscópio no final dos anos 1600 revolucionou ciências biológicas, permitindo que Anton Van Leeuwenhoek olhar para as células pela primeira vez, o sequenciamento de DNA a tecnologia revolucionou o campo da bioinformática. O rápido crescimento da Bioinformática pode ser ilustrado pelo crescimento de sequências de DNA contidas no repositório público de sequências de nucleótidos chamados GenBank.
os projectos de sequenciamento do genoma tornaram-se a bandeira de muitas iniciativas bioinformáticas. O projeto sequenciamento do genoma humano é um exemplo de um projeto bem sucedido de sequenciamento do genoma, mas muitos outros genomas também foram sequenciados e estão sendo sequenciados. Na verdade, os primeiros genomas a serem sequenciados eram de vírus (i.e. o genoma do Haemophilus influenzae Rd é o primeiro genoma de um organismo vivo livre a ser depositado nos bancos de dados da sequência pública. Esta realização foi recebida com menos fanfarra do que a conclusão do genoma humano, mas está se tornando claro que a sequenciação de outros genomas é um passo importante para a bioinformática de hoje. No entanto, a sequência do genoma por si só tem informação limitada. Para interpretar a informação genómica, é necessário fazer uma análise comparativa das sequências e um reagente importante para estas análises são as bases de dados de sequências acessíveis ao público. Sem as bases de dados de sequências (como GenBank), nas quais os biólogos captaram informações sobre a sua sequência de interesse, grande parte da rica informação obtida a partir de projectos de sequenciamento do genoma não estaria disponível.
da mesma forma que os desenvolvimentos em microscopia prenunciados descobertas em biologia celular, novas descobertas em tecnologia da informação e biologia molecular são prenúncios de descobertas em Bioinformática. De fato, uma parte importante do campo da Bioinformática é o desenvolvimento de novas tecnologias que permitem que a Ciência da Bioinformática avance a um ritmo muito rápido. Do lado do computador, a Internet, novos desenvolvimentos de software, novos algoritmos, e o desenvolvimento da tecnologia de clusters de computador permitiram que a bioinformática fizesse grandes saltos em termos da quantidade de dados que podem ser analisados eficientemente. Do lado laboratorial, novas tecnologias e métodos, como a sequenciação do DNA, a análise em série da expressão genética (SAGE), microarrays e novos químicos de espectrometria de massa, desenvolveram-se a um ritmo igualmente intenso, permitindo aos cientistas produzir dados para análises a uma taxa incrível. A bioinformática fornece tanto as tecnologias de plataforma que permitem aos cientistas lidar com as grandes quantidades de dados produzidos através de iniciativas genômica e proteômica, bem como a abordagem para interpretar esses dados. Em muitos aspectos, a bioinformática fornece as ferramentas para a aplicação do método científico a dados em larga escala e deve ser vista como uma abordagem científica para fazer muitos novos e diferentes tipos de questões biológicas.
a palavra Bioinformática tornou-se uma palavra muito popular “buzz” na ciência. Muitos cientistas acham a bioinformática excitante porque ela tem o potencial de mergulhar em todo um novo mundo de território desconhecido. A Bioinformática é uma nova ciência e uma nova forma de pensar que pode potencialmente levar a muitas descobertas biológicas relevantes. Embora a tecnologia permita a bioinformática, a bioinformática ainda é muito sobre biologia. As questões biológicas impulsionam todas as experiências bioinformáticas. Questões biológicas importantes podem ser abordadas pela bioinformática e incluem a compreensão da conexão genótipo-fenótipo para a doença humana, a compreensão da estrutura para a função das relações para as proteínas e a compreensão das redes biológicas. Os bioinformaticianos frequentemente acham que os reagentes necessários para responder a estas interessantes questões biológicas não existem. Assim, uma grande parte do trabalho de um bioinformático é construir ferramentas e tecnologias como parte do processo de fazer a pergunta. Para muitos, a Bioinformática é muito popular porque os cientistas podem aplicar suas habilidades biológicas e computacionais para o desenvolvimento de reagentes para pesquisa Bioinformática. Muitos cientistas estão descobrindo que a Bioinformática é um novo e excitante território de questionamento científico com grande potencial para beneficiar a saúde humana e a sociedade.
o futuro da Bioinformática é a integração. Por exemplo, a integração de uma grande variedade de fontes de dados, como dados clínicos e genômicos, nos permitirá usar sintomas de doença para prever mutações genéticas e vice-versa. A integração dos dados do SIG, como mapas, sistemas meteorológicos, com dados sobre a saúde das culturas e genótipos, permitirá prever resultados bem sucedidos de experiências agrícolas. Outra área futura de pesquisa em Bioinformática é a genômica comparativa em larga escala. Por exemplo, o desenvolvimento de ferramentas que podem fazer comparações de 10 vias de genomas irá impulsionar a taxa de descoberta neste campo da Bioinformática. Nesta linha, a modelagem e visualização de redes completas de sistemas complexos poderia ser usada no futuro para prever como o sistema (ou célula) reage, por exemplo, a uma droga. Um conjunto técnico de desafios enfrenta a bioinformática e está sendo abordado por Computadores mais rápidos, avanços tecnológicos no espaço de armazenamento de disco e aumento da largura de banda, mas de longe um dos maiores obstáculos enfrentados pela Bioinformática hoje, é o pequeno número de pesquisadores no campo. Esta situação está a mudar à medida que a bioinformática se move para a vanguarda da investigação, mas este desfasamento de competências levou a lacunas reais no conhecimento da Bioinformática na comunidade de investigação. Finalmente, uma questão fundamental de pesquisa para o futuro da Bioinformática será como comparar computacionalmente observações biológicas complexas, tais como padrões de expressão genética e redes de proteínas. Bioinformática é sobre a conversão de observações biológicas para um modelo que um computador vai entender. Esta é uma tarefa muito desafiadora, uma vez que a biologia pode ser muito complexa. Este problema de como digitalizar dados fenotípicos, como comportamento, eletrocardiogramas e saúde da colheita em uma forma legível por computador oferece desafios emocionantes para futuros bioinformaticianos.(Este artigo baseia-se numa entrevista com Francis Ouellette, Director do centro de bioinformática da UBC)
