Определение биоинформатики
Биоинформатика – это междисциплинарная научная область, которая объединяет понятия из биологии и информатики для решения больших вычислительных вопросов. Роль компьютеров возросла в последние годы, и почти каждая наука использует технологии для обработки и анализа информации. На самом базовом уровне биоинформатику можно рассматривать как простое использование компьютерных электронных таблиц и биологических наблюдений для количественной оценки и анализа имеющейся информации. Хотя такого рода задачи раньше были исключительными для ученых, имеющих доступ к компьютеру, любой, кто разбирается в биологии и умеет работать с электронными таблицами, может заниматься биоинформатикой. Тем не менее, эта область быстро развивалась с момента ее создания. Теперь передовые программы и программное обеспечение созданы для решения разнообразных проблем и ответов на вопросы, которые ранее были непроверенными. Биоинформатика и вычислительная биология в настоящее время считаются взаимозаменяемыми терминами.
Биоинформатика Major
Увеличение использования биоинформатики во всех отраслях науки значительно увеличило спрос на специальности биоинформатики. Некоторые школы создали междисциплинарные программы между своими отделами биологии и информатики, которые помогают преодолеть разрыв между этими двумя науками. Другие программы принимают определенную часть биоинформатики в контексте преподаваемой науки. Например, во многих эпидемиологических программах биоинформатика составляет часть курсовой работы.
Есть несколько областей исследования, которые в значительной степени включают биоинформатику. Например, протеомика – это наука о классификации и понимании белков и их происхождения. Компьютеры необходимы для моделирования генетический код, последовательность аминокислоты и трехмерная структура белков. Используя эти модели, мы можем даже предсказать, как определенные белки будут взаимодействовать с другими молекулами. В конце концов, мы можем смоделировать организм и изучите, как все реакции происходят во всем организме. То же самое относится и к генетика и другие науки, которые полагаются на обработку ДНК. До появления компьютеров обработка даже небольшой части ДНК была нереальной и потребовала бы человеческих лет, просто исходя из большого количества вовлеченных элементов. Анализ ДНК, белков и других тканей с помощью компьютеров также распространяется и на другие специальности. Даже степень в области уголовного правосудия потребует некоторых знаний в области биоинформатики. Отпечатки пальцев и ДНК-доказательства составляют большинство доказательств во многих уголовных делах, и биоинформатика играет центральную роль в получении и проверке этих доказательств.
Многие степени биоинформатики являются степенями магистратуры, так как для понимания сложного компьютерного программного обеспечения и сложных биологических систем требуется много знаний как по компьютерам, так и по биологии. Тем не менее, несколько школ развивают междисциплинарные степени бакалавра в области биоинформатики. Область биоинформатики быстро расширяется, начиная с измерения нейронов в головной мозг использовать компьютеры для отслеживания урожая. Таким образом, число профессий, связанных с наукой, также быстро растет.
Биоинформатика Карьера
Как и во многих областях науки, биоинформатика может быть чисто академической или может сочетаться с другими науками и применяться в промышленности. Профессора, специализирующиеся в области биоинформатики, являются относительно новыми, так как широкий доступ к компьютерам был доступен только в течение последних 20 лет для средних исследователей. Тем не менее, большинство школ с престижными программами биологии добавляют курсы биоинформатики. Профессора и исследователи изучают широкий спектр приложений для биоинформатики в университетах. Исследования варьируются от компьютерного моделирования органических реакций, компьютерного моделирования белков и токсинов до моделирования популяций и эволюции. Применение технологий в биологии настолько разнообразно, что большинство из них не могут быть рассмотрены здесь.
В промышленности биоинформатика революционизирует многие отрасли. Рассмотрим сельскохозяйственную отрасль, например. Ботаникам и фермерам потребовались столетия, чтобы создать урожай, который мы имеем сегодня. Ранее они делали это путем тщательного анализа урожая, выбора сортов, которые показали лучшие качества, и воспроизведения только лучших. Теперь с помощью технологии биоинформатики можно обучить компьютеры анализировать геном конкретных растений, отслеживать миллионы растений одновременно и прогнозировать, какие растения будут лучшими. Революции в искусственном интеллекте помогут и ускорят этот процесс. Одни и те же преимущества наблюдаются во многих отраслях.
Фармацевтическая промышленность сильно зависит от биоинформатики. Им нужны не только люди для анализа и разработки существующих лекарств, но и мыслители следующего уровня, которые могут разработать методы и программное обеспечение для прогнозирования реакций, которые будут стоить определенные лекарства. По мере увеличения вычислительной мощности число и виды реакций, которые можно моделировать, резко возрастают. Это может означать конец испытаний на животных и новую эру информированного производства лекарств. Другие медицинские профессии, включая все, от врачей до создателей биомедицинских устройств, также используют технологии. В настоящее время уход за больными в больницах отслеживается с помощью методов, разработанных в области биоинформатики, и может значительно улучшить мониторинг, предоставляемый врачами и больницами. Многие передовые процедуры визуализации и тесты электрической активности сердце и мозг требует анализа через компьютеры из-за их сложной природы.
Одна из первых профессий, которая применила биоинформатику, эпидемиологию, до сих пор использует технологии в максимально возможной степени сегодня. Распознавание и идентификация многих паттернов распространенных заболеваний было бы загадкой, если бы не компьютерное моделирование. Используя компьютеры и данные, собранные в полевых условиях, эпидемиологи работают, чтобы понять вспышки заболеваний и то, как мы можем уменьшить нашу подверженность инфекционным заболеваниям. Различное программное обеспечение разработано для того, чтобы делать все, от отслеживания географического местоположения вспышек до оценки возможных факторов риска заболевания, вплоть до отслеживания организмов, вызывающих заболевание, и мониторинга их развития. Это делают производители вакцины против гриппа, которые каждый год корректируют свою формулу, основываясь на ожидаемых мутациях гриппа. вирус, Биоинформатика обеспечивает основу для этих оценок.
В том же духе, многие Население биологи отслеживают изменения в популяции с течением времени, используя компьютеры и специализированное программное обеспечение. Если раньше это означало, что ученый вводил свои наблюдения в электронную таблицу и составлял график, то теперь он намного сложнее. Ученые могут измерять и наблюдать индивидуальные изменения генома с течением времени в популяции, используя передовые вычислительные мощности компьютеров. Пока макроэволюция может занять миллионы лет, микроэволюция Это происходит с каждым поколением, и ученые теперь подтвердили это с помощью биоинформатики. В более широком масштабе ученые-климатологи используют биоинформатику для больших расчетов воздействия определенного организма на окружающую среду. Благодаря анализу биоинформатики мы теперь знаем, что большая часть кислорода, на который мы полагаемся, поступает из водоросли В океане. Эта наука будет развиваться по мере развития технологий, и мы можем создавать более совершенные модели, обрабатывать и собирать больше данных.
Ссылки
- Rothman, K.J., Greenland S. & Lash, L.T. (2008). Современная эпидемиология. Филадельфия: Липпинкотт Уильямс и Уилкинс.