Βιοπληροφορική

Μια νέα επιστήμη που ανοίγει νέους ορίζοντες για την κατανόηση των νόμων της ζωής.

(ΕΛΕΥΘΕΡΟΤΥΠΙΑ   31-3-1997
Του ΘΑΝΑΣΗ Κ. ΤΣΑΚΑΛΙΔΗ )

 

    Ένας καινούργιος κλάδος ξεπροβάλλει στον επιστημονικό ορίζοντα, ο οποίος όμως κατά πάσα πιθανότητα, θα πρωτοστατήσει στον αιώνα που έρχεται, ο κλάδος της Βιοπληροφορικής.
    Πριν καταλήξουμε στο πάντρεμα της Βιολογίας και της Πληροφορικής, ας κάνουμε μια συνοπτική επισκόπηση του αιώνα που διανύουμε, από τη διάσταση του τρόπου που μέχρι τώρα χρησιμοποίησε ο άνθρωπος την ύλη γενικά για την εξυπηρέτηση των αναγκών του. Στον εικοστό αιώνα ζήσαμε το πλατύτερο μέχρι τώρα φάσμα της χρήσης της ύλης από τον άνθρωπο. Ξεκινήσαμε από τα απλά εργαλεία και την υποκατάσταση της μυϊκής δύναμης από τη μηχανή, διανύσαμε για πολλά χρόνια τη χρήση της ύλης και σαν πηγή ενέργειας και εισήλθαμε πλέον στην υποκατάσταση των πνευματικών διεργασιών από τον υπολογιστή (εποχή της πληροφορίας). Στην τελευταία διανύουμε ακόμη την επεξεργασία και εκμετάλλευση της πληροφορίας σε βαθμό «χαμηλού επιπέδου» πνευματικών διεργασιών και εισερχόμαστε σιγά-σιγά στην εποχή των πολύπλοκων στοιχείων και εξειδικευμένων εφαρμογών για μεγάλους επιστημονικούς κλάδους, κάτι που αντιστοιχεί σε «υψηλού επιπέδου» πνευματικές διεργασίες. Στη δεύτερη αυτή φάση εντάσσεται η υποστήριξη της πληροφορικής στην επίλυση βασικών βιολογικών προβλημάτων, με αποτέλεσμα να μορφοποιείται πλέον αυτός ο αρκετά εντυπωσιακός καινούργιος κλάδος. Θα αναφερθούμε ενδεικτικά στη συνεισφορά της Πληροφορικής στη Βιολογία Κυττάρου και στη Μοριακή Βιολογία, για να σχηματίσουμε μια πρωταρχική ιδέα για το νέο χάος γνώσης που δημιουργείται.
    Η πολύ μεγάλη ανάπτυξη της Βιολογίας του Κυττάρου έχει κάνει σήμερα δυνατή την πρόγνωση και πρόληψη γενετικών ανωμαλιών στα έμβρυα. Εξάλλου, έχει αποδειχτεί ότι πολλές ακόμη παθολογικές καταστάσεις έχουν γενετική αιτιολογία. Πολλές τέτοιες χρήσιμες πληροφορίες μπορούν να εξαχθούν από την εξειδικευμένη επεξεργασία της ψηφιοποιημένης εικόνας ενός κυτταρικού παρασκευάσματος. Συνδέοντας το μικροσκόπιο μ’ έναν υπολογιστή, μπορούμε να επεξεργαστούμε με ειδικά προγράμματα τα σχήματα των χρωμοσωμάτων, να εντοπίσουμε τα χαρακτηριστικά τους και να τα αναγνωρίσουμε σε ικανοποιητικό βαθμό. Τα εργαλεία που διαθέτει η πληροφορική μπορούν κατ’ αρχήν να αναβαθμίσουν την ποιότητα της εικόνας του μικροσκοπίου, να την επεξεργαστούν τμηματικά, να εντοπίσουν τυχόν ελλείψεις, να ποσοτικοποιήσουν συγκεκριμένα χαρακτηριστικά, να τα συγκρίνουν με άλλες αποθηκευμένες ήδη πληροφορίες και τελικά να προσδιορίσουν με σχετική ακρίβεια τον τύπο των χρωμοσωμάτων.
    Στην επιστήμη της Μοριακής Βιολογίας ο μεγάλος αριθμός δεδομένων, που απαιτούν αποθήκευση, ανάλυση και αναπαράσταση, αποτελεί μια μεγάλη πρόκληση για τους επιστήμονες. Συγκεκριμένα, η ερμηνεία αυτών των δεδομένων μπορεί να διευκολύνει την αναζήτηση λύσεων αρκετών προβλημάτων, όπως είναι η αναγνώριση γονιδίων, ο καθορισμός της δομής των κωδικοποιημένων πρωτεϊνών, η ανακάλυψη των μηχανισμών με τους οποίους οι πρωτεΐνες εκτελούν τη βιολογική λειτουργία τους, η απόκτηση γνώσης για το ρόλο των μη κωδικοποιημένων περιοχών του DNA στη μορφολογία και έκφραση των γονιδίων, η διαδικασία του μεταβολισμού κ. ά.
    Η πληροφορική, αφ’ ενός βοηθάει στην καλύτερη «μοντελοποίηση» των φυσικών φαινομένων, αφ’ ετέρου προσφέρει το ανεκτίμητο δώρο των «γρήγορων υπολογισμών», με αποτελέσματα αποδεκτά στα όρια του πεπερασμένου χρόνου λειτουργίας μας. Λόγω της αύξησης της υπολογιστικής δύναμης και κυρίως λόγω της αναπτυγμένης τεχνολογίας των γραφικών είναι δυνατή η οπτικοποίηση των δομών και της δυναμικής των μορίων στην οθόνη του υπολογιστή. Αν και μέχρι πρόσφατα απουσίαζε ένα αξιόπιστο σύνολο από μοντέλα και αλγοριθμικές μεθόδους για την παραγωγή μοριακών δομών με βάση τα ακολουθιακά δεδομένα, καθώς απουσίαζαν και μέθοδοι για την αξιόπιστη πρόβλεψη και ανάλυση των αλληλεπιδράσεων, πρόσφατα αναπτύχθηκαν αρκετές κατάλληλες αλγοριθμικές προσεγγίσεις, σημειώνοντας μ’ αυτόν τον τρόπο πρόοδο στη συνεργασία των επιστημών της Μοριακής Βιολογίας και της Πληροφορικής. Ο σύγχρονος αυτός τομέας της έρευνας ονομάζεται πλέον Μοριακή Βιοπληροφορική.
    Προσφέροντας αυτά τα όπλα στη Βιολογία μέσα από τη Βιοπληροφορική, είναι βέβαιο ότι δημιουργούνται ερωτήσεις που είναι χαμηλού επιπέδου ως προς την πλήρη ερμηνεία της δομής και λειτουργίας των ζώντων οργανισμών, αλλά είναι όμως αρκετά σοβαρές να προσελκύσουν πλήθος επιστημόνων και επενδύσεων, ανοίγοντας μεγάλους αλλά και απρόβλεπτους ορίζοντες στην κατανόηση των νόμων της ζωής.
    Οι προοπτικές που ανοίγονται για προβλέψιμες βιολογικές συμπεριφορές, για νέα φάρμακα και για νέες θεραπευτικές μεθόδους, έπεισαν προηγμένα κράτη να στηρίξουν τις αντίστοιχες ερευνητικές ομάδες. Στον τόπο μας, με ένα μεγάλο ποσοστό ανέργων  με ακαδημαϊκά υπερπροσόντα, καλά θα κάνουμε να μην περιμένουμε το πλήρωμα του αιώνα και να προσπαθήσουμε εγκαίρως να στηρίξουμε συνεργασίες μεταξύ βιολόγων, χημικών και πληροφορικών, για να συνεισφέρουν πρωτογενείς ιδέες και προϊόντα σ’ αυτούς τους νέους ορίζοντες.