Актуальные задачи информационной биологии

Возникновение информационной биологии

Информатика - становой хребет современной науки и цивилизации

Информатика, в отличие от биологии, существует лишь около 50 лет. Однако с момента своего возникновения она оказывала радикальное и все более возрастающее влияние на все области знаний, включая биологию. Анализируя историю развития науки, можно сделать вывод, что подавляющее большинство революционных достижений биологии последних десятилетий было бы невозможно без использования информационных технологий.

Особенно стремительный прогресс информационных технологий наблюдается в последние десятилетия 20-го века, хронологически совпадая с революцией в биологии.

К числу наиболее впечатляющих достижений информатики относятся:

-персональные компьютеры высокой производительности, обеспечившие массовое распространение информационных технологий во всех областях знаний, в том числе в биологии;

-сверхмощные вычислительные системы (суперкомпьютеры и сверхбольшие вычислительные кластеры);

-сверхбольшие носители информации, обеспечивающие накопление и сохранение огромных объемов данных;

-мировая сеть Интернет, обеспечившая доступ к глобальным распределенным информационным и программным ресурсам;

-огромное разнообразие универсальных и специализированных языков программирования;

-методы анализа данных, основанные на достижениях теории искусственного интеллекта;

-технологии моделирования динамики сверхсложных систем, состоящих из огромного разнообразия взаимодействующих элементов.

Информационные технологии становятся становым хребтом современной науки и цивилизации в целом, и их роль в 21 веке будет стремительно возрастать.

Современная биология стала производителем беспрецедентно огромных объемов экспериментальных данных, осмысливание которых невозможно без привлечения современных информационных технологий и эффективных математических методов анализа данных и моделирования биологических систем и процессов.

Прогресс человечества в 21 веке будет неразрывно связан с биологией и информатикой. Ответы на многие глобальные вызовы, стоящие перед современной цивилизацией, критическим образом зависят от развития этих наук, их взаимодействия и использования их достижений.

В ответ на эту острую потребность возникает новая наука - информационная биология. Объектами исследований информационной биологии являются генетические макромолекулы - ДНК, РНК, белки, фундаментальные генетические процессы - репликация, транскрипция, трансляция, генетические сети, функционирование которых обеспечивает выполнение всех функций организмов.

Информационная биология относится к числу высоких технологий современной биологии и обеспечивает информационно-компьютерные и теоретические основы генетики и селекции, молекулярной генетики и биологии, генетической и белковой инженерии, биотехнологии, медицинской генетики, генодиагностики, генотерапии, экологии, словом, тех наук, благодаря выдающимся достижениям которых биология превратилась в одну из лидирующих наук грядущего столетия.

Информационная биология занимает в современной биологии ключевую и исключительно важную позицию. Предметом информационной биологии является исследование биологических систем на трех уровнях их организации: (i) молекулярно-генетическом; (ii) организменном и (iii) популяционном и экосистемном.

К числу наиболее актуальных задач информационной биологии относятся:

создание компьютерных баз данных для хранения экспериментальной информации о структуре и функции биологических объектов на всех уровнях их иерархии начиная с молекулярно-генетического, включая организменный и заканчивая популяционным;

разработка алгоритмов и пакетов программ для анализа информации, накапливаемой в перечисленных выше базах данных;

разработка теоретических и компьютерных методов анализа геномов и изучение их информационного содержания;

изучение механизмов хранения, реализации и передачи наследственной информации, закодированной в геномах;

создание компьютерных технологий моделирования молекулярно-генетических систем и процессов, в том числе фундаментальных: репликации, транскрипции и т.д.;

моделирование структурной организации и функции генетических макромолекул, молекулярных взаимодействий между ними;

изучение закономерностей эволюции генетических макромолекул и молекулярно-генетических систем;

разработка теоретических и информационно-компьютерных основ моделирования молекулярно-генетических систем-продуцентов с заданными свойствами;

создание математических моделей функционирования клеток и целых организмов на основе информации, записанной в их геномах;

создание математических моделей воспроизведения, функционирования и эволюции популяций и экосистем;

разработка теоретических основ фармакологии, биотехнологии и агробиологии нового поколения.