Tin sinh học và các ứng dụng

Tin sinh học là gì?

Khái niệm Tin Sinh học bao gồm 2 lĩnh vực kết hợp: Tin học và Sinh học.

Trong lĩnh vực Sinh học, khi các thông tin đầu tiên về cấu trúc, chức năng, trình tự protein và DNA được khám phá, do các phân tử này được cấu thành từ số lượng đơn phân rất lớn, khối lượng thông tin lưu trữ và so sánh là cực lớn nên rất cần có sự hỗ trợ của hệ thống máy tính, tin học. Ngoài ra Tin học còn liên quan đến việc sử dụng Internet, một mạng máy tính toàn cầu để liên kết dữ liệu của nhiều nơi trên thế giới lại với nhau. Sự kết hợp Tin và Sinh học giúp việc quản lý tính toán và phân tích các thông tin sinh học (gen, bộ gen, protein, tế bào, hệ sinh thái, thông tin y tế, robot, trí tuệ nhân tạo,…).

Những ứng dụng của Tin Sinh học trong nghiên cứu và đời sống

Tin Sinh học được ứng dụng mạnh trong lĩnh vực Hệ gen học. Ngày nay bộ gen người đã được giải mã gần như hoàn chỉnh. Thông tin bộ gen giúp dò tìm và phát hiện được các đột biến gây ra các căn bệnh di truyền, từ đó có thể chẩn đoán sớm và điều trị bệnh tương ứng. Việc so sánh giữa các bộ gen cũng được áp dụng trong pháp y để truy tìm thủ phạm, hay trong việc xác định mối quan hệ di truyền huyết thống. Ngoài ra, trong nghiên cứu, dựa vào thông tin bộ gen đã biết của một sinh vật Tin Sinh học có thể giúp xác định bộ gen của sinh vật khác có quan hệ gần, góp phần vào thư viện dữ liệu hệ gen học trên thế giới.

Trong nông nghiệp, trình tự DNA được lưu trữ trong ngân hàng cơ sở dữ liệu được sử dụng để tìm những gen cấu trúc mã hóa cho protein chức năng và tìm kiếm các gen quý từ sinh vật, nhằm phục vụ con người. Chẳng hạn gen Bt mã hóa cho protein tinh thể độc tố từ vi khuẩn Bacillus thuringiensis có khả năng gây chết sâu bệnh hại. Người ta đã chuyển gen này từ vi khuẩn vào cây trồng (như bắp, bông vải) để cây có khả năng tự kháng sâu mà mà không cần dùng thuốc hóa học. Bên cạnh đó các nhà khoa học cũng đã thành công trong việc chuyển gen vào gạo để tăng mức Vitamin A, sắt và các vi chất dinh dưỡng khác.

Tin Sinh học được áp dụng trong nghiên cứu Sinh học tiến hóa, phân tích thông tin phân tử của một nhóm sinh vật từ đó có thể truy xuất được nguồn gốc tổ tiên, hậu duệ cũng như dự đoán được quá trình phát triển, tiến hóa di truyền của chủng loài qua thời gian.

Tin Sinh học cũng là công cụ then chốt trong việc bảo tồn đa dạng sinh học của mỗi quốc gia. Các chuỗi DNA của các loài sắp tuyệt chủng có thể được bảo quản. Thông tin tên, miêu tả, sự phân bố, trạng thái và kích thước dân số của các chủng loài, thói quen, cách tương tác với các chủng loài khác được lưu trữ trong các cơ sở dữ liệu, có thể được tra cứu, phân tích tự động.

Dự đoán cấu trúc protein là một ứng dụng quan trọng nữa của Tin Sinh học, dựa vào kỹ thuật mô phỏng tương đồng giữa một protein đã biết với một thông tin trình tự mới. Ngoài ra kỹ thuật mô phỏng tương đồng còn rất hữu ích trong việc mô phỏng thiết kế thuốc, giúp mô phỏng hợp chất thuốc nào tương tác tốt với protein gây bệnh, từ đó làm giảm đáng kể thời gian nghiên cứu tìm kiếm thuốc mới.

Học Tin Sinh học được biết những gì?

Tin Sinh học là một lĩnh vực đa dạng về công cụ và ứng dụng tuy nhiên đều dựa một số công cụ và phương pháp cơ bản:

• Tìm hiểu về các cơ sở dữ liệu sinh học trên thế giới và vai trò của mỗi cơ sở đó
• Tìm kiếm các trình tự tương đồng từ các cơ sở dữ liệu
• So sánh trình tự, so sánh thông tin bộ gen
• Dự đoán cấu trúc protein
• Mô phỏng tương tác phân tử (thuốc – protein gây bệnh)

Vị trí công việc

Hiểu biết về Tin Sinh học cùng với kiến thức chuyên sâu sẽ tạo cơ hội làm việc ở nhiều vị lĩnh vực khác nhau:

• Tham gia công tác bảo tồn đa dạng Sinh học tại các Các khu bảo tồn, vườn Quốc gia
• Làm chuyên viên nghiên cứu tại các Viện, Trung tâm, Đại học, Bệnh viện, Công ty Dược về nghiên cứu mô phỏng thiết kế thuốc, dự đoán cấu trúc protein, so sánh và phân tích gen phục vụ y học
• Phân tích và chuyển gen trong Nông nghiệp phục vụ cải tiến giống cây trồng, vật nuôi tại các Công ty phát triển sản phầm Nông nghiệp, Viện, Trung tâm, trường Đại học
• Phối hợp với các tổ chức, công ty nước ngoài trong các dự án tìm hiểu thông tin di truyền sinh vật phục vụ các mục đích cụ thể.

Huyền Trang