Bioinformatics คืออะไร?

ชีวสารสนเทศหรือไบโออินฟอร์เมติกส์ (bioinformatics) เป็นศาสตร์เรียนรู้ด้านวิทยาศาสตร์ชีวภาพแขนงใหม่ ที่จะเป็นวิชาการแขนงหนึ่งซึ่งมีความสำคัญมากที่สุด
ในการศึกษาวิทยาศาสตร์ของสิ่งมีชีวิตในศตวรรษที่ 21 ผู้เชี่ยวชาญหลายท่านถึงกับกล่าวไว้ว่าศาสตร์แขนงชีววิทยาในยุคใหม่นี้ จะเปลี่ยนแปลงรูปโฉมจาก
purely lab-based science ไปเป็น information science และแนวโน้มดังกล่าวก็เริ่มปรากฏให้เห็นเป็นรูปธรรมมากขึ้นในขณะนี้

ชีวสารสนเทศศาสตร์พัฒนามาจากความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีชีวภาพด้านจีโนม จีโนมิกส์ และโปรตีโอมิกส์ ประกอบกับพัฒนาการของวิทยาการ
ทางด้านคอมพิวเตอร์และระบบฐานข้อมูลที่เกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตทั้งหลาย ไม่ว่าจะเป็นจุลินทรีย์ พืช สัตว์ และมนุษย์

ข้อมูลดังกล่าวมีอยู่มากมายมหาศาล ก่อให้เกิดการพัฒนาระบบการเก็บข้อมูล การวิเคราะห์และสังเคราะห์ข้อมูล ตลอดจนการแปลผลจากข้อมูล โดยการผสมผสานกับ
งานวิจัยทางด้านคณิตศาสตร์ ด้านสถิติ และวิทยาการคอมพิวเตอร์ยุคใหม่ที่พัฒนาก้าวหน้าไปอย่างรวดเร็วเช่นกัน

Bioinformatics มีที่มาอย่างไร?

จากการค้นพบโครงสร้างของยีนเมื่อประมาณ 50-60 ปีที่ผ่านมา มนุษย์ยังไม่สามารถนำเอาความรู้จากการค้นพบดังกล่าวมาประยุกต์ใช้ได้อย่างเต็มศักยภาพ
เนื่องจากจำนวนของยีนที่มีอยู่ในมนุษย์ที่มีประมาณ 30,000 ยีน และส่วนประกอบต่างๆ อีกหลายล้านชนิด มนุษย์เรายังไม่ทราบถึงความสำคัญ หน้าที่
และวิถีทางในการทำงานของทั้งยีนและส่วนประกอบต่างๆ

การค้นคว้าและวิจัยเพื่อให้ได้มาซึ่งข้อมูลต่างๆ ที่มีอยู่มากมายมหาศาล กระทำได้ยากมากถึงแม้จะใช้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ก็ตาม ถึงแม้ว่าชีวสารสนเทศศาสตร์
ได้มีความก้าวหน้าไปไกลมาก แต่ก็ยังห่างไกลจากจุดหมายปลายทาง

เมื่อนักชีววิทยาได้ทราบข้อมูลพื้นฐาน ได้มีการส่งต่อข้อมูลไปยังหน่วยงานวิจัยในสาขาต่างๆ ได้แก่ วิทยาศาสตร์ การเกษตร เภสัชศาสตร์
และวิทยาศาสตร์การแพทย์ เพื่อนำไปใช้ในเชิงประยุกต์ให้เกิดประโยชน์ต่อมนุษยชาติต่อไป ชีวสารสนเทศจึงมีความสำคัญต่อความก้าวหน้าของ

วิทยาศาสตร์ประยุกต์เป็นอย่างมาก

ชีวสารสนเทศก่อกำเนิดมาในยุคของโครงการวิจัยจีโนมมนุษย์ โดยเกิดจากความร่วมมือหลายประเทศ จนมาปี 2001 ข้อมูลจากโครงการดังกล่าวก็เกือบเสร็จสมบูรณ์แล้ว
และข้อมูลที่ได้มีมากมายมหาศาลเลยทีเดียว ซึ่งในการศึกษามนุษย์หนึ่งคนจะมีข้อมูลลำดับเบสถึง 3,000 ล้านเบส หรือ 3,000 ล้านเรคคอร์ด ซึ่งแต่ละคนจะมีข้อมูลส่วนใหญ่
เหมือนกันและบางส่วนที่แตกต่างกัน ความซับซ้อนของสารพันธุกรรมนี้เอง ที่ทำให้ยากต่อการวิเคราะห์ว่าตำแหน่งใดหรือตรงส่วนใดของสารพันธุกรรมทำหน้าที่อะไรบ้างในสิ่งมีชีวิตหนึ่งๆ
ข้อมูลที่จัดเก็บนี้ไม่เพียงแต่เฉพาะลำดับสารพันธุกรรมของมนุษย์และสิ่งมีชีวิตอื่นเท่านั้น ยังรวมไปถึงข้อมูลการเปลี่ยนแปลงของสารพันธุกรรมในบางตำแหน่ง
(single nucleotide polymorphism), ข้อมูลการแสดงออกของยีนในระดับของ mRNA และ โปรตีนที่ได้จากการศึกษาวิจัยโดยอาศัย DNA chip และ Protein chip

ในประเทศไทยมีการใช้ชีวสารสนเทศอย่างกว้างขวางในกลุ่มนักศึกษา และนักวิทยาศาสตร์ทางด้านชีววิทยาโมเลกุล เช่น ปัจจุบันนักศึกษาจะการทำวิจัยหรือการทดลอง
จากคอมพิวเตอร์แทนการทำวิจัยในห้องปฏิบัติการเพียงอย่างเดียว ซึ่งทำให้ประเด็นปัญหาในการวิจัยถูกกระชับให้แคบลงมา หลังจากนั้นค่อยไปทำวิจัยในห้องปฏิบัติการ
เพื่อยืนยันคำตอบที่ได้จากการทดลองด้วยคอมพิวเตอร์ อย่างไรก็ตามชีวสารสนเทศศาสตร์ของประเทศไทยก็ยังถือว่าอยู่ในขั้นเริ่มต้น หลายองค์กรทั้งในภาครัฐและเอกชน
ได้สนับสนุนให้บุคลากรเดินทางไปศึกษางานในต่างประเทศเป็นการเฉพาะ

Bioinformatics สำคัญอย่างไร?

เป็นเครื่องมือสำคัญที่ช่วยให้นักวิจัยได้สร้างมาตรฐานการเก็บข้อมูลพื้นฐานทางด้านโมเลกุลโปรตีโอมและจีโนมของสิ่งมีชีวิตชนิดต่างๆ
เป็นฐานในการสร้างรูปแบบจำลองสามมิติของโมเลกุลที่มีความสลับซับซ้อนได้
ข้อมูลสามารถใช้ได้ทั่วโลก
ใช้ในการศึกษากลไกการเกิดโรคระดับโมเลกุล
ง่ายต่อการศึกษา เนื่องจากมีการจัดระบบค้นหา เชื่อมโยงข้อมูลเข้าด้วยกัน ทำให้เกิดความกระชับ
ใช้จำลองโครงสร้างของโปรตีนที่เกิดจากขบวนการผลิตลำดับดีเอ็นเอ
ทำให้ทราบขั้นตอนของสังเคราะห์แบบจำลองโปรตีน

วิธีการเข้าถึงชีวสารสนเทศศาสตร์และชีววิทยาเชิงคำนวณ?

ก่อนที่จะลงลึกในหัวข้อนี้ในขั้นตอนเริ่มต้นคุณจะต้องเรียนรู้เกี่ยวกับชีววิทยาเล็กน้อย พันธุศาสตร์และจีโนมที่เฉพาะเจาะจง ซึ่งจะรวมถึงการศึกษาเกี่ยวกับยีน DNA RNA โครงสร้างโปรตีนกระบวนการสังเคราะห์ต่างๆเป็นต้น

จากนั้นคุณจะต้องศึกษาลำดับทางชีววิทยา (ตัวอย่างเช่นลำดับที่พบใน DNA, RNA และโปรตีน) และเทคนิคในการค้นหาและวิเคราะห์รูปแบบต่างๆและไซต์ที่ให้ข้อมูลในนั้น คุณจะพบกับอัลกอริทึมต่างๆที่ใช้โดยเทคนิคต่างๆ นอกจากนี้คุณจะได้รับโอกาสในการใช้เทคนิคการเรียนรู้ของเครื่องและการขุดข้อมูลต่างๆเช่นโมเดล Markov ที่ซ่อนอยู่เครือข่ายประสาทเทียมและการทำคลัสเตอร์

เนื่องจากคุณจะต้องจัดการกับข้อมูลจำนวนมากจึงจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องมีความเข้าใจในสถิติเป็นอย่างดีเนื่องจากคุณต้องวิเคราะห์ข้อมูลตามข้อกำหนดเฉพาะ

แน่นอนคุณจะต้องมีทักษะการเขียนโปรแกรมที่ดี R, Python และ Bash เป็นภาษาโปรแกรมที่ใช้กันมากที่สุดในการวิเคราะห์ข้อมูลทางชีววิทยา การตัดสินใจว่าจะเริ่มต้นด้วยอะไรขึ้นอยู่กับเป้าหมายของคุณ คุณสามารถใช้ภาษาอื่น ๆ เช่น C / C ++ และ Java ได้เช่นกัน

หลังจากที่มีความเข้าใจพื้นฐานของแนวคิดพื้นฐานคุณสามารถสำรวจพื้นที่อื่น ๆ เช่นชีวสารสนเทศโครงสร้างชีววิทยาระบบและเครือข่ายทางชีวภาพ

แอปพลิเคชั่นในโลกแห่งความจริงคืออะไร?
มนุษย์เป็นสิ่งมีชีวิตที่น่าหลงใหลและจีโนมของมันก็ยิ่งน่าหลงใหล จีโนมทั้งหมดที่ถูกเก็บไว้ในโมเลกุลของดีเอ็นเอนั้นเป็นเรื่องที่น่าเหลือเชื่อเพราะเป็นไปได้อย่างไรที่จะเข้ารหัสข้อมูลจำนวนมหาศาลดังกล่าวในเอนทิตีนาทีเดียวและถอดรหัสอย่างแม่นยำเพื่อสร้างมนุษย์ที่ไม่เหมือนใครด้วยอักขระเฉพาะ อย่างไรก็ตามการเปลี่ยนแปลงบางอย่างในการแสดงออกของยีนอาจทำให้เกิดโรคทางพันธุกรรมที่ร้ายแรงได้ ระบบนิเวศด้านการดูแลสุขภาพจำเป็นต้องมีมาตรการเพื่อระบุโรคดังกล่าวและให้การรักษาและมาตรการป้องกันเพื่อช่วยชีวิตมนุษย์

ตัวอย่างของการใช้ความรู้จากชีวสารสนเทศศาสตร์และชีววิทยาเชิงคำนวณอย่างทันท่วงทีสามารถเห็นได้ในปัจจุบัน ไวรัสโคโรนาสายพันธุ์ใหม่ปี 2019 (COVID-19) ได้คุกคามคนทั้งโลกโดยไม่คำนึงถึงสัญชาติศาสนาและรัฐ นักวิทยาศาสตร์ทำงานทั้งกลางวันและกลางคืนเพื่อแก้ปัญหาจีโนมและศึกษาสายพันธุ์ต่างๆที่หมุนเวียนอยู่ทั่วโลกวิวัฒนาการและองค์ประกอบของพวกมัน Nextstrainกำลังดำเนินการดังกล่าวเพื่อติดตามวิวัฒนาการแบบเรียลไทม์ของ COVID-19

แอปพลิเคชั่นในโลกแห่งความจริงคืออะไร?

มนุษย์เป็นสิ่งมีชีวิตที่น่าหลงใหลและจีโนมของมันก็ยิ่งน่าหลงใหล จีโนมทั้งหมดที่ถูกเก็บไว้ในโมเลกุลของดีเอ็นเอนั้นเป็นเรื่องที่น่าเหลือเชื่อเพราะเป็นไปได้อย่างไรที่จะเข้ารหัสข้อมูลจำนวนมหาศาลดังกล่าวในเอนทิตีนาทีเดียวและถอดรหัสอย่างแม่นยำเพื่อสร้างมนุษย์ที่ไม่เหมือนใครด้วยอักขระเฉพาะ อย่างไรก็ตามการเปลี่ยนแปลงบางอย่างในการแสดงออกของยีนอาจทำให้เกิดโรคทางพันธุกรรมที่ร้ายแรงได้ ระบบนิเวศด้านการดูแลสุขภาพจำเป็นต้องมีมาตรการเพื่อระบุโรคดังกล่าวและให้การรักษาและมาตรการป้องกันเพื่อช่วยชีวิตมนุษย์

สรุปความคิด

ชีวสารสนเทศศาสตร์และชีววิทยาเชิงคำนวณได้พิสูจน์แล้วว่ามีศักยภาพที่ดีในการระบุโรคกำหนดการรักษาและช่วยให้ชีวิตมนุษย์ดีขึ้น ด้วยแรงบันดาลใจและความรู้ด้านวิทยาการคอมพิวเตอร์สาขาต่างๆเช่นเทคโนโลยียีนการแพทย์และการดูแลสุขภาพสามารถพัฒนาจากการรักษาผู้ป่วยแต่ละรายไปจนถึงการรักษาประชากรทั้งหมดทั่วโลก

-ขอบคุณข้อมูล https://ichi.pro/