Информационные технологии в микробиологии

ВВЕДЕНИЕ

Микробиологии является одной из основных дисциплин биологии. Эта наука решает не только характерные лишь для нее теоретические и прикладные проблемы. Исследование микроорганизмов имеет огромное значение для развития таких наук, как биохимия, молекулярная биология, генетика, биофизика, экология и ряд других. На современном этапе микробиологические исследования располагают значительным объёмом экспериментальных данных с которыми невозможно разобраться, обработать и сделать необходимые выводы без привлечения современных информационных технологий.
Проблем, требующих интенсивного и глубокого изучения свойств микроорганизмов, весьма широкий, а быстрое накопление знаний в разных областях микробиологии определяет потребность в постоянном совершенствовании методов обработки информации.
Быстрое развитие информационных технологий началось в конце XX в начале XXI века. К числу наиболее значимых достижений информационных технологий относятся:
• высокопроизводительные компьютеры которые можно применять во многих областях знаний, в том числе в микробиологии;
• носители информации огромной ёмкости, с помощью которых можно хранить большие массивы данных;
• развитие и совершенствование сети Интернет, которая предоставляет доступ к программным и информационным ресурсам;
• большое количество специализированных и универсальных языков программирования;
• разработка и усовершенствование методов анализа экспериментальных данных;
• развитие методов моделирования динамических сложных систем, состоящих из разнообразных взаимодействующих элементов [1].

1.1 Биоинформатика в микробиологии
Под биоинформатикой понимают любое использование компьютеров для обработки биологической информации. На практике, иногда это определение более узкое, под ним понимают использование компьютеров для обработки экспериментальных данных по структуре биологических макромолекул (белков и нуклеиновых кислот) с целью получения биологически значимой информации. Со временим поле термина "биоинформатика" расширилось и включает все реализации математических алгоритмов, связанных с биологическими объектами, в том числе и микробиологией.
Термины биоинформатика и «вычислительная биология» часто употребляются как синонимы, хотя последний чаще указывает на разработку алгоритмов и конкретные вычислительные методы. Считается, что не всякое использование вычислительных методов в биологии является биоинформатикой, например, математическое моделирование биологических процессов — это не биоинформатика.
Биоинформатика включает:
• математические методы компьютерного анализа в сравнительной геномике различных микроорганимов (геномная биоинформатика).
• разработка алгоритмов и программ для предсказания пространственной структуры белков (структурная биоинформатика).
• исследование стратегий, соответствующих вычислительных методологий, а также общее управление информационной сложности биологических систем.
Биоинформатика использует методы прикладной математики, статистики и информатики. Исследования в микробиологии нередко пересекаются с системной биологией. Основные усилия исследователей в этой области направлены на изучение геномов различных биологических объектов, в том числе и микроорганизмов, анализ и предсказание структуры белков, анализ и предсказание взаимодействий молекул белка друг с другом и другими молекулами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проанализировав тенденцию развития биологических наук, в частности микробиологии, можно сделать вывод, что подавляющее большинство достижений науки о микроорганизмах последних двух десятилетий было бы невозможно без применения информационных технологий.
Так, автоматическая расшифровка последовательностей нуклеотидов позволила достаточно быстро и точно достичь многих целей и осуществить поставленные задачи большинства направлений в микробиологии. В результате расшифровки нуклеотидных последовательностей в генетике, молекулярной биологии и микробиологии за последние 10-15 лет произошел информационный скачёк. Так опубликованы полные последовательности геномов 74 организмов включая 11 архебактерий, 48 эубактерий, 15 эукариот. На подходе 212 геномов прокариот и 157 эукариот.
С развитием информационных технологий появилась возможность смоделировать и синтезировать отдельные гены вирусов и бактерий и далее получить рекомбинантные штаммы бактерий и вирусов, сочетающих свойства родительских особей или приобретающих новые свойства.
Только с использованием информационных технологий были разработаны принципиально новые способы диагностики инфекционных и неинфекционных болезней (иммуноферментный, радиоиммунный анализы, иммуноблоттинг, гибридизация нуклеиновых кислот). На основе этих способов были созданы тест-системы для индикации, идентификации микроорганизмов, диагностики инфекционных и неинфекционных болезней (опухоли, сердечно-сосудистые, аутоиммунные, эндокринные и др.),
Так же, используя современное оборудование и информационные технологии были получены различные вакцины (вакцина гепатита В, малярии, антигенов ВИЧ и других антигенов), биологически активные пептиды (интерфероны, интерлейкины, ростовые факторы и др.)
Подготовка специалистов биохимиков и микробиологов на современном этапе сейчас ведётся с использованием современного оборудования, информационных и аналитических технологий, с учетом мировых тенденций развития биологии, медицины,...