Bioinformatics คืออะไร?
ชีวสารสนเทศหรือไบโออินฟอร์เมติกส์ (bioinformatics) เป็นศาสตร์เรียนรู้ด้านวิทยาศาสตร์ชีวภาพแขนงใหม่ ที่จะเป็นวิชาการแขนงหนึ่งซึ่งมีความสำคัญมากที่สุด ในการศึกษาวิทยาศาสตร์ของสิ่งมีชีวิตในศตวรรษที่ 21 ผู้เชี่ยวชาญหลายท่านถึงกับกล่าวไว้ว่าศาสตร์แขนงชีววิทยาในยุคใหม่นี้ จะเปลี่ยนแปลงรูปโฉมจาก purely lab-based science ไปเป็น information science และแนวโน้มดังกล่าวก็เริ่มปรากฏให้เห็นเป็นรูปธรรมมากขึ้นในขณะนี้
ชีวสารสนเทศศาสตร์พัฒนามาจากความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีชีวภาพด้านจีโนม จีโนมิกส์ และโปรตีโอมิกส์ ประกอบกับพัฒนาการของวิทยาการทางด้านคอมพิวเตอร์และระบบฐานข้อมูลที่เกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตทั้งหลาย ไม่ว่าจะเป็นจุลินทรีย์ พืช สัตว์ และมนุษย์ ข้อมูลดังกล่าวมีอยู่มากมายมหาศาล ก่อให้เกิดการพัฒนาระบบการเก็บข้อมูล การวิเคราะห์และสังเคราะห์ข้อมูล ตลอดจนการแปลผลจากข้อมูล โดยการผสมผสานกับงานวิจัยทางด้านคณิตศาสตร์ ด้านสถิติ และวิทยาการคอมพิวเตอร์ยุคใหม่ที่พัฒนาก้าวหน้าไปอย่างรวดเร็วเช่นกัน
Bioinformatics มีที่มาอย่างไร?
จากการค้นพบโครงสร้างของยีนเมื่อประมาณ 50-60 ปีที่ผ่านมา มนุษย์ยังไม่สามารถนำเอาความรู้จากการค้นพบดังกล่าวมาประยุกต์ใช้ได้อย่างเต็มศักยภาพ เนื่องจากจำนวนของยีนที่มีอยู่ในมนุษย์ที่มีประมาณ 30,000 ยีน และส่วนประกอบต่างๆ อีกหลายล้านชนิด มนุษย์เรายังไม่ทราบถึงความสำคัญ หน้าที่และวิถีทางในการทำงานของทั้งยีนและส่วนประกอบต่างๆ
การค้นคว้าและวิจัยเพื่อให้ได้มาซึ่งข้อมูลต่างๆ ที่มีอยู่มากมายมหาศาล กระทำได้ยากมากถึงแม้จะใช้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ก็ตาม ถึงแม้ว่าชีวสารสนเทศศาสตร์ได้มีความก้าวหน้าไปไกลมาก แต่ก็ยังห่างไกลจากจุดหมายปลายทาง
เมื่อนักชีววิทยาได้ทราบข้อมูลพื้นฐาน ได้มีการส่งต่อข้อมูลไปยังหน่วยงานวิจัยในสาขาต่างๆ ได้แก่ วิทยาศาสตร์ การเกษตร เภสัชศาสตร์ และวิทยาศาสตร์การแพทย์ เพื่อนำไปใช้ในเชิงประยุกต์ให้เกิดประโยชน์ต่อมนุษยชาติต่อไป ชีวสารสนเทศจึงมีความสำคัญต่อความก้าวหน้าของวิทยาศาสตร์ประยุกต์เป็นอย่างมาก
ชีวสารสนเทศก่อกำเนิดมาในยุคของโครงการวิจัยจีโนมมนุษย์ โดยเกิดจากความร่วมมือหลายประเทศ จนมาปี 2001 ข้อมูลจากโครงการดังกล่าวก็เกือบเสร็จสมบูรณ์แล้ว และข้อมูลที่ได้มีมากมายมหาศาลเลยทีเดียว ซึ่งในการศึกษามนุษย์หนึ่งคนจะมีข้อมูลลำดับเบสถึง 3,000 ล้านเบส หรือ 3,000 ล้านเรคคอร์ด ซึ่งแต่ละคนจะมีข้อมูลส่วนใหญ่เหมือนกันและบางส่วนที่แตกต่างกัน ความซับซ้อนของสารพันธุกรรมนี้เอง ที่ทำให้ยากต่อการวิเคราะห์ว่าตำแหน่งใดหรือตรงส่วนใดของสารพันธุกรรมทำหน้าที่อะไรบ้างในสิ่งมีชีวิตหนึ่งๆ
ข้อมูลที่จัดเก็บนี้ไม่เพียงแต่เฉพาะลำดับสารพันธุกรรมของมนุษย์และสิ่งมีชีวิตอื่นเท่านั้น ยังรวมไปถึงข้อมูลการเปลี่ยนแปลงของสารพันธุกรรมในบางตำแหน่ง (single nucleotide polymorphism), ข้อมูลการแสดงออกของยีนในระดับของ mRNA และ โปรตีนที่ได้จากการศึกษาวิจัยโดยอาศัย DNA chip และ Protein chip
ในประเทศไทยมีการใช้ชีวสารสนเทศอย่างกว้างขวางในกลุ่มนักศึกษา และนักวิทยาศาสตร์ทางด้านชีววิทยาโมเลกุล เช่น ปัจจุบันนักศึกษาจะการทำวิจัยหรือการทดลองจากคอมพิวเตอร์แทนการทำวิจัยในห้องปฏิบัติการเพียงอย่างเดียว ซึ่งทำให้ประเด็นปัญหาในการวิจัยถูกกระชับให้แคบลงมา หลังจากนั้นค่อยไปทำวิจัยในห้องปฏิบัติการเพื่อยืนยันคำตอบที่ได้จากการทดลองด้วยคอมพิวเตอร์ อย่างไรก็ตามชีวสารสนเทศศาสตร์ของประเทศไทยก็ยังถือว่าอยู่ในขั้นเริ่มต้น หลายองค์กรทั้งในภาครัฐและเอกชนได้สนับสนุนให้บุคลากรเดินทางไปศึกษางานในต่างประเทศเป็นการเฉพาะ
Bioinformatics สำคัญอย่างไร?
- เป็นเครื่องมือสำคัญที่ช่วยให้นักวิจัยได้สร้างมาตรฐานการเก็บข้อมูลพื้นฐานทางด้านโมเลกุลโปรตีโอมและจีโนมของสิ่งมีชีวิตชนิดต่างๆ
- เป็นฐานในการสร้างรูปแบบจำลองสามมิติของโมเลกุลที่มีความสลับซับซ้อนได้
- ข้อมูลสามารถใช้ได้ทั่วโลก
- ใช้ในการศึกษากลไกการเกิดโรคระดับโมเลกุล
- ง่ายต่อการศึกษา เนื่องจากมีการจัดระบบค้นหา เชื่อมโยงข้อมูลเข้าด้วยกัน ทำให้เกิดความกระชับ
- ใช้จำลองโครงสร้างของโปรตีนที่เกิดจากขบวนการผลิตลำดับดีเอ็นเอ
- ทำให้ทราบขั้นตอนของสังเคราะห์แบบจำลองโปรตีน
Bioinformatics ทำอะไรได้บ้าง?
- การพัฒนาผลิตภัณฑ์ยารักษาโรค
- การวิเคราะห์ความเสี่ยงที่จะเกิดโรค
- การรักษาด้วยวิธียีนบำบัด
- ส่งเสริมงานวิจัยยุคใหม่
- การทำนายสุขภาพบุคคล
Bioinformatics ประกอบด้วยอะไรบ้าง?
Bioinformatics เป็นการรวมเข้ากันของวิชาชีววิทยาและวิชาคอมพิวเตอร์ จึงจำเป็นต้องใช้ความรู้ทั้ง 2 วิชา โดยมีระบบการสืบค้นแบ่งเป็น 2 ส่วนคือ Database และ Tools
Database หรือ ฐานข้อมูล คือ กลุ่มของข้อมูลที่ถูกเก็บรวบรวมไว้ โดยมีความสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน โดยไม่ได้บังคับว่าข้อมูลทั้งหมดนี้จะต้องเก็บไว้ในแฟ้มข้อมูลเดียวกันหรือแยกเก็บหลายๆแฟ้มข้อมูล
ระบบฐานข้อมูล (Database System) คือ ระบบที่รวบรวมข้อมูลต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกันเข้าไว้ด้วยกันอย่างมีระบบมีความสัมพันธ์ระหว่างข้อมูลต่างๆ ที่ชัดเจน ในระบบฐานข้อมูลจะประกอบด้วยแฟ้มข้อมูลหลายแฟ้มที่มีข้อมูล เกี่ยวข้องสัมพันธ์กันเข้าไว้ด้วยกันอย่างเป็นระบบและเปิดโอกาสให้ผู้ใช้สามารถใช้งานและดูแลรักษาป้องกันข้อมูลเหล่านี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยมีซอฟต์แวร์ที่เปรียบเสมือนสื่อกลางระหว่างผู้ใช้และโปรแกรมต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการใช้ฐานข้อมูลเรียกว่า ระบบจัดการฐานข้อมูล หรือ DBMS (Data Base Management System) มีหน้าที่ช่วยให้ผู้ใช้เข้าถึงข้อมูลได้ง่ายสะดวกและมีประสิทธิภาพการเข้าถึงข้อมูลของผู้ใช้อาจเป็นการสร้างฐานข้อมูล การแก้ไขฐานข้อมูล หรือการตั้งคำถามเพื่อให้ได้ข้อมูลมา โดยผู้ใช้ไม่จำเป็นต้องรับรู้เกี่ยวกับรายละเอียดภายในโครงสร้างของฐานข้อมูล
Bioinformatic จะใช้ฐานข้อมูลหลักๆมาจากแหล่งข้อมูลดังนี้
NCBI Database PubMed : บทความทางการแพทย์ National Center for Biotechnology Information
ncbi.nlm.nih.gov
Tools หรือ เครื่องมือ ในที่นี้หมายถึง Bioinformatic Tools ซึ่งคือโปรแกรมที่ไว้ช่วยวิเคราะห์ข้อมูลที่ซับซ้อนเพื่อทำให้ข้อมูลนั้นเข้าใจได้ง่ายขึ้น
ซึ่งโปรแกรมที่ว่านี้ อาจเป็นเพียงโปรแกรมง่ายๆ ไปจนถึงกราฟฟิคขั้นสูง หรือเป็นโปรแกรมที่เป็นบริการทางเว็บไซต์เป็นต้น
