I Проверка домашнего задания

II Изучение нового материала

Биоинформатика –это область науки, которая занимается примерно тем, чем занимались классическая биохимия, молекулярная биология и биотехнология, но не в пробирке, а с помощью вычеслительной, компьютерной техники. Это, так называемая «сухая» биохимия, не из области технократических наук, где все решает техника, а интелектуальная наука где есть место разуму, мысли и образованию. Биоинформатика это путь от гена к лекарству, через структуру макромолекулы. Все, что раньше мы делали с помощью, теперь недоступных для нас экспериментов включая ЯМР, рентгеноструктурный анализ. Сейчас можно сделать с помощью вычислений. В это мало кто верит, но факт остается фактом. Если есть геном его можно разметить и наити границы гена не при помощи клонирование отдельных генов а с помощью определенных компьютерных программ. Если есть последовательность белка можно перейти пространственной структуре и функций. Это не сказка, не фантазия, а реальность. Кроме того на основании этих пространственных моделей можно сконструировать определенные лекарства. Не все фармокологи принимают биоинформатику восторженно. Но это наука бурно развивается за рубежом, и несмотря ни на что и у нас в стране революционным является следующее: в место несколько сотен мишеней, предсказать функцию генов дешифровать последовательность белков. Все до удивления просто. Если получено новая последовательность ДНК белок, еее можно сравнить с существующими последовательностями банков данных если существует гомологи –ответ ясен, можно, с определенной точности, предсказать структуру, функцию белка.

Даже в случае, если нет гомолога, то также можно также что-то сделать, но с гораздо меньшей точностью. Наука далеко продвинулась в геномике, анализе генетического материала. Что мы делаем с геном? Мы размечаем геном,функционально классифицируем гены, предсказываем функцию генов, и затем, это вторая часть анализа генома, мы выбираем гены-мишени, на которые направлены наши гены лекарства. Что значить экспериментально установить функцию белка? Это огромный трудоемкий процесс, требующий огромных затрат. Если вы работаете в области информатики и дешифруете последовательность белка, вы работаете так, как работали криптографы во все времена –из последовательности отдельных букв читается весь биологический текст, и на оснавании этого, выясняется что это за белок. Наиболее впечетляющие результаты были доложены этим летом проф. Айзинбергом в Австрии. Используя дешифровальные методы анализа 6 тыс белков, не проведя ни одного эксперимента, он предсказал функцию сразу 2,5 тыс белков. Приведены им результаты производят громадное впечатление. Не так давно биохимики тратили всю жизнь, чтобы определить структуру одного белка и выявить его функцию. С помощью новых подходов можно одновременно предсказать функцию тысячи белков. Это новое слово в науке. Самым интересным остается вопрос, как в настоящее время делают новое лекарство. Геном человека будет расшифрован в начале следующего года. Определяются геномы микроорганизмов.

С помощью биоинформатики Е.Ф. Колесанова и сотр занимаются созданием вакцин против вируса гепатита С. Проводили компьютерный анализ белков Е1 и Е2, вируса гепатита С. Была создана база данных, в этой базе данных были найдены участки, которые, по сути дела, инварианты для всех 827 последовательностей оболочечных белков. Известно, что вирусная изменчивость –основное препятствие для создание вакцин, а найденые пептиды консервативны. Если будет получено антипептидная вакцина к какому-то набору из этих пептидов,если эта вакцина будет обладать вирус-нейтрализующими свойствами,то проблема изменчивости не будет играть существенной роли.Самое главное-зная консервативные последовательности, можно провести синтез антигенных детерминант и создавать вакцину. Консервативные участки прямо или опосредованным путем участвуют во взаимодействии вируса с рецептором.Это очень важно.

Биоинформатика — область науки, разрабатывающая и применяющая вычислительные алгоритмы для анализа и систематизации генетической информации с целью выяснения структуры и функции макромолекул с последующим использованием этих знаний для создания новых лекарственных препаратов.

Очевидно, содружество трех разделов — геномики, протеомики и биоинформатики — будет олицетворять будущее наук о жизни в XXI веке. К сожалению, вклад российских ученых в такие современные направления биомедицинской науки, как геномика и протеомика, относительно невелик.

За последние годы российская медико-биологическая наука ввиду сложных усилий ее существования потеряла сотни и, возможно, тысячи специалистов, которые могли бы успешно проводить исследования в этих областях.

В разработке методов биоинформатики и соответствующих компьютерных программ существенную роль сыграли российские специалисты. По существующим оценкам, около 30% наиболее известных в мире специалистов по биоинформатике являются выходцами из России, большая часть которых работает в настоящее время в ведущих центрах биоинформатики за рубежом.

Начало нового тысячелетия ознаменовалось значительным событием в научной и общественной жизни сообщества развитых стран — была прочитана полная нуклеотидная последовательность генома человека. Расшифровка полной информации, заключенной в геноме, явилась настоящим триумфом целого раздела биологической науки, получившего название геномика. В настоящее время наука о жизни уже оперирует несколькими десятками полных последовательностей ДНК различных биологических объектов, начиная с микоплазм, вирусов, микроорганизмов и кончая человеком. Развитие технологии в этом направлении идет настолько стремительно, что определение полной последовательности микроорганизма становится посильной задачей для двух-трех исследователей, выполнимой в течение одного года. Однако уже сегодня ясно, что прочтение всех букв генетического кода, определение необходимого комплекта генов, участвующих в жизнедеятельности организма человека, недостаточно для своевременной диагностики большинства заболеваний и подбора новых эффективных и высокоизбирательных лекарственных препаратов.

Биоинформатика — область науки, разрабатывающая и применяющая вычислительные алгоритмы для анализа и систематизации генетической информации с целью выяснения структуры и функции макромолекул с последующим использованием этих знаний для создания новых лекарственных препаратов

Очевидно, содружество трех разделов — геномики, протеомики и биоинформатики — будет олицетворять будущее наук о жизни в XXI веке. К сожалению, вклад российских ученых в такие современные направления биомедицинской науки, как геномика и протеомика, относительно невелик

За последние годы российская медико-биологическая наука ввиду сложных усилий ее существования потеряла сотни и, возможно, тысячи специалистов, которые могли бы успешно проводить исследования в этих областях

В разработке методов биоинформатики и соответствующих компьютерных программ существенную роль сыграли российские специалисты. По существующим оценкам, около 30% наиболее известных в мире специалистов по биоинформатике являются выходцами из России, большая часть которых работает в настоящее время в ведущих центрах биоинформатики за рубежом.

Для эффективной обработки огромных массивов информации, полученной экспериментальными методами геномики и протеомики, потребовалось развитие биоинформатики, лежащей на стыке молекулярно-биологических и компьютерных технологий. Биоинформатика — область науки, разрабатывающая и применяющая вычислительные алгоритмы для анализа и систематизации генетической информации с целью выяснения структуры и функции макромолекул с последующим использованием этих знаний для создания новых лекарственных препаратов. Задачами биоинформатики являются: 1). Анализ геномов, выделение в их составе отдельных генов, их экзонинтронной структуры, сигнальных последовательностей и т. д.; 2). Предсказание функции генов и экспрессируемых ими продуктов; 3). Выявление генов — потенциальных мишеней действия новых лекарств; 4). Оценка роли отдельных участников аминокислотной последовательности в функционировании белка; 5). Построение молекулярных моделей белков и нуклеиновых кислот, исходя из их последовательностей; 6). Исследование механизма функционирования макромолекул, исходя из их молекулярных моделей; 7). Компьютерное конструирование лекарств, основанное на рациональном выборе генов-мишеней и молекулярных моделей их белковых продуктов.

Именно достижения в области биоинформатики, выразившиеся в разработке эффективных программ и баз данных, определили первенство фирмы “Селера” (США) в расшифровке генома человека, которая сумела успешно интегрировать информацию, полученную как непосредственно самой компанией, так и другими организациями.

В разработке методов биоинформатики и соответствующих компьютерных программ существенную роль сыграли российские специалисты. По существующим оценкам, около 30% наиболее известных в мире специалистов по биоинформатике являются выходцами из России, большая часть которых работает в настоящее время в ведущих центрах биоинформатики за рубежом. В то же время работы по биоинформатике ведутся и в ряде таких российских научных институтов, как Институт молекулярной биологии, ВНИИ “Генетика” (Москва), НИИ биомедицинской химии РАМН (Москва), Институт физико-химической биологии МГУ (Москва), Институт цитологии и генетики СО РАН (Новосибирск), Научно-исследовательский центр “Биоинженерия” РАН (Москва) и др.

Разработки в НИИ биомедицинской химии РАМН охватывают всю цепочку исследований “от гена к лекарству” — на основе выявления новых макромолекул-мишеней и компьютерного моделирования их пространственной структуры, включая взаимодействие с лигандами, ведется поиск базовых структур новых противотуберкулезных препаратов — ингибиторов цитохрома Р450 микобактерий, ингибиторов фолдинга протеазы ВИЧ, синтетических вакцин и ингибиторов вируса гепатита С, высокоселективных ингибиторов монооксидаз для лечения депрессий, паркинсонизма и др.

Очевидно, содружество трех разделов — геномики, протеомики и биоинформатики — будет олицетворять будущее наук о жизни в XXI веке. К сожалению, вклад российских ученых в такие современные направления биомедицинской науки, как геномика и протеомика, относительно невелик. Участие отечественных исследователей в расшифровке геномов человека и некоторых микроорганизмов состояло в определении отдельных участков последовательностей ДНК человека (ИМБ РАН, ИМГ РАН и др.), генома термофильных микроорганизмов (ИМГ РАН), генома растений (Центр “Биоинженерия” РАН).

Рассматривая представленный комплекс проблем, связанный с развитием геномики, протеомики и биоинформатики в нашей стране, следует считать, что развитие этих направлений медико-биологической науки может стать приоритетным. Следует также обратить внимание высших медицинских учебных заведений страны на важность создания рабочих программ и подготовку специалистов в области геномики, протеомики и биоинформатики.

III Закрепление нового материала (Беседа по вопросам)

1.Что такое биоинформатика?

2.Связь биоинформатики с геномикой и протеомикой.

Задание на дом:

Занятие 6

Тема: Сфера применения клеточной биотехнологии

Форма проведения занятий: круглый стол

План занятия:

1. Применения в селекции и растеневодстве

2. Применение в животноводстве

3. Применение в ветеринарной медицине

4. Моноклональные антитела

Задачи:

Методические рекомендации: