منابع مقاله درمورد روش های پیش بینی و فناوری اطلاعات

دانلود پایان نامه

بیوانفورماتیک یک تخصص میان رشته‌ای است که با ادغام زیست شناسی، ریاضیات به ویژه آمار، علوم کامپیوتر و فناوری اطلاعات به وجود آمده ‌است. از مهمترین کارها در بیوانفورماتیک تجزیه و تحلیل اطلاعات توالی است. زیست‌شناسی محاسباتی نامی است که به این فرآیند داده شده ‌است و شامل موارد زیر است:
پیدا کردن ژن ها در توالی های DNA
توسعه روش های پیش بینی ساختار و عملکرد پروتئین های تازه کشف شده یا نوترکیب و یا توالی RNA آن ها
طبقه بندی پروتئین های مشابه و ایجاد درخت های فیلوژنی برای بررسی روند تکاملی آن ها
مشهورترین کاربرد بیوانفورماتیک در تحلیل توالی هاست توالی های DNA مربوط به ارگانیزم های مختلف جهت دستیابی سریع و مقایسه آنها با یکدیگر ، در پایگاه های داده ذخیره میشوند.
در این مطالعه از علم بیوانفورماتیک جهت پیش بینی و بالا بردن دقت در طراحی ژن نوترکیب استفاده شد. یکی از کاربرد های بیوانفورماتیک بهینه سازی ژن نوترکیب با توجه به میزبان می باشد که در آن رایانه با استفاده از داده های پیش فرض و پارامتر های دخیل در سیستم رونویسی مثل کدون های بهینه، درصد اسید آمینه های گوانین و سیتوزین توالی و …، بهترین توالی ممکن برای ژن نوترکیب جهت بیان در میزبانی مشخص را پیشنهاد می دهد. این عمل موجب آن می شود که میزان و دقت بیان ژن طراحی شده در میزبان انتخابی بالا رود.
پروتئین ها عهده دار رفتار سلولی و تمام فعالیت هایی هستند که در سلول انجام می شود. و برای پی بردن به ارتباط ژنوم با رفتار سلول ها باید پروتئین های سلولی را شناخت. برای شناسایی مکانیسم های مولکولی

رفتار سلولی و واکنش های زیستی، لازم است پروتئین هایی که در یک سلول بیان می شود، تغییرات آن ها در شرایط مختلف، عملکرد آن ها و همچنین برهمکنش های بین پروتئین های مختلف در یک سلول، بررسی شود. مطالعه پروتئین ها به مراتب مشکل تر از مطالعه ژنوم است. زیرا پروتئین ها را نمی توان همانند DNA به روشی مشابه PCR، تکثیر کرد. همچنین توالی های پلی پپتیدی نمی توانند به توالی های اسید آمینه ای مکمل خود متصل شوند. بنابراین برای مطالعه پروتئوم باید از ابزار و روش های ویژه ای استفاده کرد. از جمله شاخص های مهم برای آنالیز بیوانفورماتیک پروتئین ها عبارتند از عملکرد و رفتار پروتئین ها، برهمکنش های بین پروتئین های مختلف، آرایش هایی که پس از ترجمه بر روی پروتئین ها ایجاد می شود و نیمه عمر آنها در سلول.
بنابراین پروتئینی نوترکیب حاصل از ژن طراحی شده باید دارای شاخص های مهمی مثل پایداری و سطح انرژی مناسب باشد که به کمک نرم افزار های بیوانفورماتیکی این شاخص ها قابل اندازه گیری می باشد.
شکل سه بعدی یا فضایی پروتئین تعیین کننده عملکرد پروتئین در سلول می باشد به همین دلیل شکل فضای پروتئین نوترکیب از اهمیت ویژه ای برخوردار است. بنابراین، از لحاظ شکل فضایی باید کمترین تفاوت را با پروتئین اصلی دارا باشند.
دو اصل مهم برای تعیین ساختار سه بعدی پروتئین از روی توالی آن وجود دارد :
الف) پروتئین ها با توالی تقریبا مشابه، شکل فضایی شبیه به هم پیدا می کنند ( جستجو برای یافتن توالی های مشابه)
ب) شکل فضایی مولکول به گونه ای است که به حداقل سطح انرژی برسد ( استفاده از قوانین شیمی، فیزیک و ترمودینامیک )
علم بیوانفورماتیک با اندازه گیری پارامترهای ساختاری پروتئین نوترکیب، قادر است میزان تفاوت آن را با پروتئین اصلی مشخص کرده و همچنین دیگر قابلیت های پروتئین نوترکیب را از لحاظ قدرت ایمنی زایی، میزان حلالیت و در دسترس بودن ناحیه C2برای آنتی بادی ها را پیش بینی کند. با رسم نمودار راماچاندران می توانیم پایداری پروتئین را بعد از ترجمه نشان دهیم بدین صورت که هر اسید آمینه ای قادر است فقط در زوایای خاصی از فضا با توجه به اسید آمینه های مجاور قرار گیرد. برای رسم این نمودار رایانه با استفاده از داده های پیش فرض زوایا برای هر اسید آمینه، مکان قرار گیری آن را در یک توالی پلی پپتیدی نشان می دهد. در صورتی که اکثر اسید آمینه ها بهترین زاویه را نسبت به هم داشته باشند ، پروتئین مورد نظر می تواند از پایداری بالایی برخوردار باشد.
برای اینکه قادر باشیم یک ژن نوترکیب را بیان کنیم لازم است که این ژن را درون یک میزبان مناسب کلون کنیم. کلون سازی ژن می تواند یک نمونه خالص از یک ژن منفرد را ایجاد کند. ( براون، 1995)
برای انتقال قطعه ژن نوترکیب به میزبان جهت بیان نیاز به حامل یا وکتور داریم. یک مولکول DNA باید دارای چند ویژگی باشد تا بتواند به عنوان یک حامل کلون سازی عمل کند. مهمترین این ویژگی ها این است که باید بتواند درون سلول میزبان همانند سازی کند تا کپی های بسیاری از مولکول های DNA نوترکیب تولید شده و به سلول های دختر منتقل شود. یک حامل باید نسبتا کوچک باشد، بطور ایده آل کمتر از kb 10 ، چرا که مولکول های بزرگ اغلب در تخلیص می شکنند و کار کردن با آن ها نیز بسیار مشکل است. یکی از انواع وکتور هایی که در سلول های باکتریایی یافت می شوند، پلاسمید ها هستند. که به صورت مولکول های DNA حلقوی هستند و بطور مستقل در سلول های باکتریایی حضور دارند. پلاسمید ها تقریبا همیشه دارای یک یا تعدادی ژن هستند و آنها را حمل می کنند و معمولا این ژن ها یک ویژگی مفید هستند که توسط باکتری میزبان نشان داده می شوند. برای مثال توانایی زنده ماندن در غلظت های سمی آنتی بیوتیک ها مثل آمپی سیلین یا کانامایسین، اغلب مربوط به حضور یک پلاسمید در باکتری است که ژن های مقاومت در برابر آنتی بیوتیک را حمل می کنند. در آزمایشگاه، برای اطمینان از وجود یک پلاسمید ویژه در باکتری ، اغلب از مقاومت در برابر آنتی بیوتیک به عنوان یک علامت انتخاب گر استفاده می شود.
تمام پلاسمید ها می توانند به طور مستقل از کروموزوم اصلی باکتری درون سلول تکثیر شوند زیرا دارای یک توالی DNA هستند که می تواند به عنوان یک منشاء همانندسازی ( ori )عمل کند. پلاسمید های کوچک، جهت همانند سازی خود از آنزیم های سلول میزبان استفاده می کنند، در حالی که بعضی از پلاسمید های بزرگ تر حامل ژن هایی هستند که آنزیم های مخصوص همانندسازی پلاسمید را خود کد می کنند.
زمانی که بحث کلون سازی مطرح است اندازه و تعداد نسخه پلاسمید ها اهمیت ویژه ای دارد. همانطور که قبلا گفته شد طول DNA کمتر از kb 10 برای یک حامل کلون سازی مناسب است. بنابراین از پلاسمید های زیادی نمی توان برای کلون سازی بهره برد زیرا اندازه پلاسمید ها بین kb 1 تا بیش از kb 250 متغیر است.
تعداد نسخه، به تعداد مولکول های یک پلاسمید منفرد که بطور طبیعی در یک سلول باکتری وجود دارد گفته می شود. بطور کلی تعداد نسخه های یک حامل کلون سازی مطلوب در سلول باید زیاد باشد تا مقدار زیادی مولکول DNA نوترکیب حاصل شود.
طبقه بندی پلاسمید های طبیعی بر اساس شاخص های اصلی است، که توسط ژن های پلاسمید رمزدهی می شوند. پنج نوع اصلی پلاسمید عبارتند از :
1) پلاسمید های F ( Fertility ) : تنها ژن های tra ( ناقل ) را حمل می کنند و هیچ شاخص دیگری علاوه بر ایجاد توانایی Conjugation ندارند، مثل پلاسمید F در E.coli.
2) پلاسمید های R ( Resistance ) : ژن هایی را حمل می کنند که باکتری میزبان را در مقابل یک یا تعداد بیشتری عامل ضد باکتریایی مقاوم می کنند مانند مقاومت نسبت به آمپی سیلین، کانامایسین، کلرامفنیکل، جیوه و … .