БИОИНФОРМА́ТИКА

БИОИНФОРМА́ТИКА, на­уч. на­прав­ле­ние на сты­ке ма­те­ма­ти­ки, био­ло­гии, фи­зи­ки по­ли­ме­ров и био­хи­мии, изу­чаю­щее струк­ту­ру, функ­цию и эво­лю­цию био­ло­гич. мак­ро­мо­ле­кул (бел­ков, ДНК и РНК). Воз­ник­ло в кон. 20 в. Важ­ней­шие за­да­чи Б.: ис­сле­до­ва­ние по­сле­до­ва­тель­но­сти мо­но­ме­ров и про­стран­ст­вен­ной струк­ту­ры био­ло­гич. мак­ро­мо­ле­кул; иден­ти­фи­ка­ция ге­нов и ре­гу­ля­тор­ных сиг­на­лов в нук­лео­тид­ных по­сле­до­ва­тель­но­стях; пред­ска­за­ние струк­ту­ры и функ­ции бел­ков; вы­яв­ле­ние и мо­де­ли­ро­ва­ние ме­та­бо­лич. пу­тей и ре­гу­ля­тор­ных взаи­мо­дей­ст­вий в жи­вой клет­ке. Б. ак­тив­но за­ни­ма­ет­ся так­же про­бле­ма­ми мо­ле­ку­ляр­ной эво­лю­ции. Сре­ди ис­поль­зуе­мых ма­те­ма­тич. под­хо­дов – тео­рия ал­го­рит­мов, в осо­бен­но­сти ме­то­ды ана­ли­за сим­воль­ных це­пей (напр., нук­лео­тид­ных и ами­но­кис­лот­ных по­сле­до­ва­тель­но­стей), тео­рия гра­фов, вы­чис­ли­тель­ная гео­мет­рия, тео­рия диф­фе­рен­ци­аль­ных урав­не­ний, тео­рия ве­ро­ят­но­стей, ма­те­ма­тич. ста­ти­сти­ка и рас­позна­ва­ние об­ра­зов. В Б. ана­ли­зи­ру­ют­ся так­же дан­ные об экс­прес­сии ге­нов, кон­цен­тра­ции бел­ков в клет­ке, взаи­мо­дей­ст­вия ме­ж­ду бел­ка­ми и ме­ж­ду бел­ка­ми и нук­леи­но­вы­ми ки­сло­та­ми, дан­ные о то­чеч­ных за­ме­нах в бел­ках и нук­леи­но­вых ки­сло­тах, час­то­тах ал­ле­лей в по­пу­ля­ци­ях и др.

В Б. мож­но вы­де­лить ста­ти­сти­че­ский, срав­ни­тель­ный и сис­тем­ный под­хо­ды. В ос­но­ве пер­во­го ле­жит пред­по­ло­же­ние о том, что на­блю­дае­мые яв­ле­ния, ко­то­рые не сво­дят­ся к про­стым ве­ро­ят­но­ст­ным мо­де­лям, име­ют функ­цио­наль­ное зна­че­ние. Напр., при рас­по­зна­ва­нии ко­ди­рую­щих бе­лок об­лас­тей ге­но­ма ис­поль­зу­ют ха­рак­тер­ные пе­рио­дич­но­сти в ДНК, а при пред­ска­за­нии про­стран­ст­вен­ной струк­ту­ры бел­ков – пе­рио­дич­но­сти в ами­но­кис­лот­ных по­сле­до­ва­тель­но­стях, ха­рак­тер­ные для ос­нов­ных ти­пов их вто­рич­ной струк­ту­ры. Срав­нит. под­ход ос­но­ван на со­пос­тав­ле­нии од­но­род­ных дан­ных из раз­ных ор­га­низ­мов и вы­де­ле­нии об­щих эле­мен­тов. При этом пред­по­ла­га­ет­ся, что не­об­хо­ди­мость со­хра­не­ния струк­ту­ры и функ­ции та­ких эле­мен­тов, как, напр., ка­та­ли­тич. цен­тры фер­мен­тов и про­стран­ст­вен­ная струк­ту­ра РНК, оп­ре­де­ля­ет их ус­той­чи­вость (не­из­ме­няе­мость) в хо­де эво­лю­ции. Сис­тем­ный под­ход со­сто­ит в при­вле­че­нии раз­но­род­ных дан­ных при ана­ли­зе од­но­го объ­ек­та. Так, при пред­ска­за­нии функ­ции бел­ка в клет­ке ис­поль­зу­ют срав­не­ние его ами­но­кис­лот­ной по­сле­до­ва­тель­но­сти с по­сле­до­ва­тель­но­стя­ми ами­но­кис­лот в уже изу­чен­ных бел­ках, све­де­ния о про­странств. струк­ту­ре бел­ка и его взаи­мо­дей­ст­ви­ях с др. бел­ка­ми, об экс­прес­сии ге­на, ко­ди­рую­ще­го этот бе­лок и т. п. При­ме­не­ние ком­плек­са био­ин­фор­ма­тич. ме­то­дов да­ёт воз­мож­ность со­ста­вить об­щее пред­став­ле­ние о фи­зио­ло­гии ор­га­низ­ма пу­тём ком­пь­ю­тер­но­го ана­ли­за его ге­но­ма. В свою оче­редь это по­зво­ля­ет це­ле­на­прав­лен­но про­во­дить его даль­ней­шее экс­пе­рим. изу­че­ние при су­ще­ст­вен­ной эко­но­мии вре­ме­ни, тру­да и ма­те­ри­аль­ных за­трат.

В бо­лее ши­ро­ком по­ни­ма­нии к Б. от­но­сят ис­сле­до­ва­ния ма­те­ма­тич. и ком­пь­ю­тер­ны­ми ме­то­да­ми всех ин­фор­мац. про­цес­сов и взаи­мо­дей­ст­вий в жи­вых ор­га­низ­мах: мо­де­ли­ро­ва­ние нерв­ной сис­те­мы, зре­ния, слу­ха, мы­шеч­ной ак­тив­но­сти, ме­та­бо­лич. про­цес­сов и ин­фор­мац. взаи­мо­дей­ст­вий в им­мун­ной сис­те­ме; ма­те­ма­тич. ис­сле­до­ва­ние эко­ло­гич. сис­тем; ис­сле­до­ва­ние сиг­наль­ных сис­тем жи­вот­ных и рас­те­ний; соз­да­ние ком­пь­ю­тер­ных сис­тем под­держ­ки био­ло­гич. экс­пе­ри­мен­тов, баз дан­ных по био­ло­гии и ме­ди­ци­не, ал­го­рит­мов ав­то­ма­тич. ре­фе­ри­ро­ва­ния био­ло­гич. тек­стов.