کتاب بیوانفورماتیک سلولی و مولکولی

تألیف، ترجمه و گردآوری:

بابک باباعباسی

بابک باباعباسی
babak babaabasi

طلیعه سخن مؤلف:

بیوانفورماتیک یعنی استفاده از فناوری انفورماتیک به منظور تجزیه و تحلیل داده‌های زیستی. بیوانفورماتیک هم‌زمان با پروژه‌های ژنوم رشد کرد و داده‌های این پروژه‌ها را ذخیره و مورد بررسی قرار داد. اکنون پروژه‌های ژنومی موجودات مختلف اطلاعات بسیار زیادی را از ژن‌ها و محصولات آن‌ها در اختیار ما گذاشته است. آشکار است که گام بعدی مطالعه‌ی آزمایشگاهی و رایانه‌ای عملکرد این ژن‌ها و محصولات آن‌ها در ابعاد سلول و نحوه‌ی ارتباط آن‌ها است. از طرف دیگر به واسطه‌ی روش‌های آزمایشگاهی مختلف و پیشرفته که روز به روز در حال ترقی هستند اطلاعات ما از عملکرد ژن‌ها و ماکرومولکول‌های زیستی افزایش می‌یابد. بنابراین به منظور استفاده از اطلاعات به دست آمده از پروژه‌های ژنومی و اطلاعات عملکردی لازم است که این داده‌ها با استفاده از رایانه به صورت دسته‌بندی شده در بیایند.

مرحله‌ی بعدی در ادامه این تحقیقات، تلاش‌های بیش‌تر در جهت مطالعات سیستماتیک در زمینه‌ی سلول‌ها، اندام‌ها و موجودات زنده؛ به‌ویژه فرآیندهای سلولی مانند برهمکنش‌های مولکولی، ارتباطات بین سلولی، تقسیم سلولی، هموستازی و سازگاری‌های محیطی است. دانشی که این مجموعه از فعالیت‌ها را دنبال می‌کند “سامانه‌های زیستی” (System Biology) نامیده شده است. در واقع، زمان آن فرارسیده است که شاخه‌های مختلف علوم زیستی به منظور درک بهتر چگونگی عملکرد سلول، چگونگی تنظیم فرایندهای سلولی و چگونگی واکنش و سازگاری با تغییرات محیطی با هم ادغام شوند. با توجه به موارد ذکر شده ضرورت یادگیری بیوانفورماتیک برای زیست شناسان به شدت مورد نیاز به نظر می‌رسد.

بیوانفورماتیک نگرش شما را به زیست‌شناسی تغییر می‌دهد و به انسانی توانمند در حوزه زیست‌شناسی تبدیل خواهید شد. این کتاب به جنبه‌های مختلف بیوانفورماتیک می‌پردازد و سعی کرده است مفاهیم پایه در بخش‌های مختلف را بیان کند تا خواننده ایده‌های کافی برای پیشبرد اهداف خود را با خواندن هر فصل کسب کند. لازم به ذکر است این کتاب برای زیست‌شناسان تهیه شده است اگر شما زیست‌شناس نیستید و از گرایش‌هایی هم‌چون ریاضیات، آمار و یا کامپیوتر علاقه‌مند به آموختن بیوانفورماتیک هستید احتمالاً مباحث این کتاب برای شما چندان جذاب نخواهد بود چون در اینجا از بحث در رابطه با پیچیدگی‌های ریاضیاتی و کامپیوتری خودداری می‌کنیم، اما اگر علاقه‌مندید با ابزارهایی که یک زیست‌شناس به آن‌ها نیاز دارد و یا نوع به‌کارگیری این ابزارها توسط زیست‌شناسان آشنا شوید می‌توانید این کتاب را مطالعه کنید.

اگر نیاز به اطلاعات بیش‌تری در رابطه با این کتاب دارید و یا نیاز به مطالعه بیش‌تر در زمینه بیوانفورماتیک دارید لطفا به وب‌سایت پرتال بیوانفورماتیک ایرانیان به آدرس ibp.ir مراجعه کنید.

بابک باباعباسی

۱۳۹۶

Babakbabaabasi@gmail.com

تشکر و قدردانی:

من یادگیری بیوانفورماتیک را از سال ۱۳۸۴ شروع کردم دقیقا وقتی که هم‌زمان با تحصیل در دوره کارشناسی سلولی و مولکولی به یادگیری برنامه‌نویسی کامپیوتر مشغول بودم و هیچ منبعی برای آموزش بیوانفورماتیک موجود نبود و حتی وب فارسی نیز در این رابطه تهی بود. در آن سال‌ها با زحمت فراوان یک جزوه به زبان انگلیسی که مربوط به یک دوره کارگاه بیوانفورماتیک با تدریس جناب آقای دکتر گلیایی در دانشگاه تهران بود را تهیه کردم و با کمک این جزوه مفاهیم اولیه‌ای از بیوانفورماتیک را آموختم. در همین حین یک دوره کارگاه بیوانفورماتیک توسط پژوهشگاه ملی مهندسی ژنتیک برای اساتید و دانشجویان دکتری برگزار شد و درخواست من به عنوان دانشجوی کارشناسی نیز پذیرفته شد و در این کارگاه شرکت کردم که تدریس در آن کارگاه را جناب آقای دکتر ملبوبی و خانم دکتر لهراسبی بر عهده داشتند و توانستم اطلاعات خوبی را در رابطه با جنبه‌های مختلف بیوانفورماتیک بیاموزم. بعدها در کارگاه‌ها و دوره‌های آموزشی حضوری و آنلاین دیگری که توسط انجمن بیوتکنولوژی ایران برگزار شد و همچنین یک دوره بین المللی آموزش از راه دور بیوانفورماتیک شرکت کردم و بسیار بهره بردم. در طی سال‌های گذشته بیوانفورماتیک را به صورت جدی‌تر دنبال کردم و به صورت خودآموز به بیوانفورماتیک پرداختم و سعی کردم هرآنچه آموختم در وب‌سایتم به نام پرتال بیوانفورماتیک ایرانیان درج کنم و با توجه به ضرورت زمان، داشته‌هایم را هم اکنون به صورت کتاب در اختیار شما قرار می‌دهم.

از تمام عزیزانی که در متن فوق نام بردم تشکر و قدردانی می‌کنم.

و همچنین از تمام آموزگاران و اساتیدم که در دوران تحصیلی چراغ‌های دانش را برای من روشن کردند تقدیر می‌کنم.

این کتاب را تقدیم می‌کنم به همسرم، فرزندمان «بَرسا» و خانواده‌ام.

پیشگفتار

بیوانفورماتیک یعنی استفاده از کامپیوتر برای تجزیه و تحلیل داده‌های زیستی. این یک تعریف ساده از بیوانفورماتیک بود و بعدها به جزئیات آن خواهیم پرداخت. هر فرد علاقه‌مند به زیست‌شناسی مخصوصا از گرایش‌های علوم سلولی و مولکولی، بیوشیمی، بیوفیزیک، ژنتیک، بیوتکنولوژی و همچنین علاقه‌مندان پزشکی مدرن، علوم گیاهی، علوم جانوری و … نسبت به موضوع بیوانفورماتیک و اتفاقاتی که در حول آن می‌گذرد بی‌تفاوت نیستند و از ابزارهای آن به فراوانی استفاده می‌کنند.

آزمایش‌های بزرگ در بیوانفورماتیک در کامپیوتر شخصی قابل انجام است. قبل از این ما به دنیای In vivo و In vitro محدود بودیم اما حالا خیلی از آزمایش‌هایمان را In silico انجام می‌دهیم ،کم خرج و سریع. جالب است بدانید آزمایشگاه‌هایی که در آن‌ها به کارهای کامپیوتری به منظور تجزیه و تحلیل داده‌ها می‌پردازند به Dry lab معروفند و سایر آزمایشگاه‌های روتین زیست‌شناسی و شیمی را Wet lab می‌نامند. در بیوانفورماتیک شما به غیر از یک کامپیوتر معمولی و یک خط اینترنت با سرعت متعادل و کمی برق! به چیز زیادی برای انجام آزمایش‌هایتان نیاز ندارید. بیوانفورماتیک بسیار ساده است همان زیست‌شناسی سلولی و مولکولی است که با کامپیوتر به تجزیه و تحلیل مولکول‌ها و شبکه‌های داخل و بین سلولی می‌پردازید. آینده در دستان قدرتمند بیوانفورماتیک و سیستم بیولوژی خواهد بود ، در بیوانفورماتیک به جنبه‌های مختلفی از جمله ژنومیکس، پروتئومیکس، ترنسکریپتومیکس، متابولومیکس و … می‌پردازیم.

پس از به اوج رسیدن علوم شیمی و فیزیک در قرن‌های نوزدهم و بیستم، بسیاری از سوالات بشر جواب داده شد و بسیاری از مشکلاتی که تا آن زمان لاینحل به نظر می‌رسید حل گردید. اما امروزه در قرن ۲۱‌ام پیچیدگی و تازگی مشکلات بشر، علم کلاسیک را علمی ناتوان معرفی می‌کند چراکه در خیلی از مواقع قادر به پاسخگویی نیازهای بشر نیست. به عنوان مثال، علم کلاسیک نمی‌تواند آمار روزافزون مرگ‌و‌میر در اثر بیماری‌های کشنده‌ای نظیر سرطان و ایدز را کنترل کند. اما انسان نیز از ابتدای وجود تا کنون هیچگاه خود را مغلوب شرایط پیرامون ندیده و همواره موفق به غلبه بر مشکلاتش بوده و این بار هم، با دستیابی به علوم نوین میان رشته‌ای مهندسی زیستی توانسته تا حد خوبی بر این مشکلات غلبه کند.

امروزه علوم میان رشته‌ای موردتوجه زیادی قرار گرفته و مراکز تحقیقاتی زیادی در پی پاسخگویی به انواع نیازهایی که علوم میان رشته‌ای تنها کلید رفع آنها می‌باشند گرد آمده‌اند و بخش زیادی از بودجه کشورهای پیشرفته به توسعه و پیشرفت این علوم نوین اختصاص می‌یابد. پیشرفت در علوم نوین بین رشته‌ای نیازمند تشکیل تیم‌هایی متشکل از متخصصین علوم مختلف و مرتبط با موضوع مد نظر و همکاری نزدیک گروهی بین متخصصین می‌باشد. برای این منظور می‌بایست اول زبان مشترک مابین اعضای گروه برقرار شود تا اعضای آن تیم بتوانند به خوبی با هم ارتباط برقرار کرده و اطلاعات خود را به اشتراک بگذارند.

هدف این کتاب نشان دادن چگونگی استفاده سریع و ساده از برنامه‌های بیوانفورماتیکی مورد نیاز شما برای تکمیل و انجام تحقیقاتتان است.

همه لوازم آزمایش در شبکه به صورت رایگان وجود دارد، فقط پشت کامپیوترتان بنشینید و با حوصله و فصل به فصل پیش بروید.

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                           صفحه

فصل اول: مقدمه‌ای بر تکنولوژی‌های اُمیکس، بیوانفورماتیک و کلینیکال بیوانفورماتیک……………………… ۹

فصل دوم: ژنومیکس………………………….. ۲۵

فصل سوم: پایگاه‌های اطلاعات اولیه توالی‌های اسید نوکلئیک     ۵۲

فصل چهارم: پایگاه‌های اطلاعات اولیه توالی‌های اسید آمینه و ساختار فضایی پروتئین‌ها…………………….. ۷۲

فصل پنجم:Genome Warehouseها و بانک‌های اطلاعاتی منابع ۹۱

فصل ششم: هم‌ردیفی توالی‌ها………………….. ۱۱۳

فصل هفتم: بانک‌های اطلاعاتی ثانویه (کلاسیفیکیشن دمین‌های پروتئینی)……………………………….. ۱۴۴

فصل هشتم: پروتئومیکس  و ایمیونومیکس…………. ۱۶۹

فصل نهم: ترنسکریپتومیکس…………………… ۲۰۳

فصل دهم: متابولومیکس……………………… ۲۲۰

فصل یازدهم: کار با RNA و پیشگویی ساختار آن و معرفی بانک‌های miRNA…………………………………… ۲۲۸

فصل دوازدهم: پیشگویی ساختار دوم و سوم پروتئین.. ۲۴۷

فصل سیزدهم: تنوع ژنتیکی…………………… ۲۶۷

فصل چهاردهم: فناوری انفورماتیک…………….. ۳۱۸

منابع انگلیسی……………………………. ۳۳۰

منابع فارسی……………………………… ۳۳۳

تألیف، ترجمه و گردآوری:

بابک باباعباسی

پژوهشگاه رویان، پژوهشکده زیست‌شناسی و علوم پزشکی تولید مثل جهاد دانشگاهی،

مرکز تحقیقات پزشکی تولید مثل، گروه ژنتیک، تهران، ایران

سرشناسه                            : بابا‌عباسی، بابک، ‏‫۱۳۶۴ -‏‏‏‏

‏عنوان و نام پدیدآور                 : بیوانفورماتیک سلولی و مولکولی ویژه رشته‌های کلیه گرایش‌های زیست‌شناسی سلولی و مولکولی، بیوتکنولوژی و پروتئومیکس‏‫/ تالیف، ترجمه و گردآوری بابک باباعباسی.

‏مشخصات نشر                       : ‏‫تهران‏‫: گروه تالیفی دکتر خلیلی‏‫، ۱۳۹۵.

‏مشخصات ظاهری                   : ۳۳۳ ص.‏‫: مصور، جدول، نمودار.

شابک                                 :  ۹۷۸-۶۰۰-۴۲۲-۰۷۳-۶

‏یادداشت                             : ‏‫کتابنامه: ص. [۳۱۵] – ۳۱۷.

‏موضوع                               : زیست‌انفورماتیک

‏موضوع                               : Bioinformatics

‏موضوع                               : زیست‌شناسی کامپیوتری

‏موضوع                               : Computational biology

‏رده بندی کنگره                     : ۱۳۹۵ ۹ب۲ب/۲/۳۲۴QH

‏رده بندی دیویی                     : ‏‫۵۷۲/۸۰۲۸۵

‏وضعیت فهرست نویسی             : فیپا

شماره کتابشناسی ملی              :۴۲۲۶۷۲۸

نام کتاب: بیوانفورماتیک سلولی و مولکولی

تألیف، ترجمه و گردآوری: بابک باباعباسی

ناشر: گروه تألیفی دکتر خلیلی

نوبت و سال چاپ: دوم . ۱۳۹۶

شمارگان: ۱۰۰۰

چاپ: کیمیای قلم

صحافی: فردوس

مدیر تولید: اقبال شرقی

ناظر فنی چاپ: فرهاد فراهانی

مدیر فنی و هنری: مریم آرده

بهاء: ۲۴۰۰۰ تومان

Website: www.DKG.ir

Telegram.me/drkhaliligroup

آموزشگاه دکتر خلیلی (دفتر مرکزی): ۶۶۵۶۸۶۲۱-۰۲۱

آموزشگاه دکتر خلیلی (شعبه شریعتی): ۲۲۸۵۶۶۲۰-۰۲۱

فروشگاه: تهران – خیابان انقلاب- روبه‌روی درب اصلی دانشگاه تهران – پاساژ فروزنده – طبقه همکف – پلاک ۳۳۱

تلفن: ۶۶۴۸۹۳۷۵ – ۰۲۱ – ۶۶۴۸۹۳۴۹ – ۰۲۱

مرکز پخش: ضلع جنوب غربی میدان انقلاب– جنب سینما پارس- مجتمع تجاری پارس – طبقه اول

مرکز فروش: ۶۶۵۶۹۲۱۶ – ۰۲۱

مدیر فروش: ۵۵۰۸۵۸۹ – ۰۹۱۲