آشنایی با مطالعات RNA در بیوانفورماتیک

دنیای RNAها در بیوانفورماتیک

در مسیر Central Dogma of Biology، علم بیوانفورماتیک نقش بسیار مهمی ایفا می‌کند. در این مسیر، از DNA تا پروتئین، مطالعات مرتبط با RNA از جمله مباحث کلیدی محسوب می‌شود و بیوانفورماتیک می‌تواند کاربردهای گسترده‌ای در این زمینه داشته باشد. امروز قصد داریم در همین راستا، درباره‌ی مطالعات RNA با شما صحبت کنیم. پس با ما همراه باشید

مطالعات توالی RNA در بیوانفورماتیک

ما می‌دانیم که توالی‌های DNA و RNA مملو از رمز و رازها و اطلاعات جذابی هستند، اطلاعاتی که تاکنون برای بشر پوشیده مانده‌اند.

اما خبر خوب این است که امروزه بیوانفورماتیک با استفاده از تکنیک‌های محاسباتی می‌تواند به‌سادگی DNA و RNA را تحلیل کرده و رازهای نهفته در آن‌ها را کشف کند. محققان با آنالیز داده‌های به‌دست‌آمده از DNA و RNA، می‌توانند به نتایج متنوع و ارزشمندی دست یابند.

پیشگویی ساختار RNA در بیوانفورماتیک

همیشه برای دانشمندان جذاب بوده که بدانند یک توالی RNA پس از فولدینگ به چه ساختاری تبدیل می‌شود. در این راستا، با استفاده از روش‌های آزمایشگاهی می‌توانیم به این اطلاعات دست یابیم، اما باید توجه داشت که این فرآیند زمان‌بر و هزینه‌بر است. با این حال، بیوانفورماتیک شاخه‌ای را در اختیار ما قرار داده که به پیش‌بینی ساختار RNA می‌پردازد. با در دست داشتن توالی RNA، می‌توانید به کمک روش‌های محاسباتی و بیوانفورماتیکی، ساختار آن را پیش‌بینی کنید، که این کار از نظر زمان و هزینه به‌طور قابل توجهی تحقیقات را تسریع می‌کند.

روال پیش‌بینی ساختار RNA از روی توالی آن

فرض کنید یک مجموعه الفبای شامل A، U، C و G وجود دارد. رشته RNA به صورت R = r1r2r3…rn داده شده است. همچنین می‌دانیم که حرف A با U، حرف C با G و حرف G با U پیوند ایجاد می‌کنند. حال فرض کنید مجموعه‌ای از تمام پیوندهایی که می‌توانند تشکیل شوند، در اختیار داریم. مسئله پیش‌بینی ساختار RNA، انتخاب زیرمجموعه‌ای از این پیوندها است که تمام شرایط ساختار دوم RNA را برآورده کند. این زیرمجموعه در واقع بهترین ساختاری است که می‌توان با استفاده از این توالی RNA ایجاد کرد، به‌طوری‌که توالی با کمترین میزان انرژی آزاد شده، تا شود.

از ابزارهای پیشگویی ساختار RNA میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

مسئله معکوس تاشدگی RNA و طراحی RNA

مسئله‌ای که در مقابل پیش‌بینی ساختار RNA مطرح می‌شود، مسئله‌ی معکوس پیش‌بینی ساختار RNA است. در این مسئله، ساختار یک RNA داده شده و هدف یافتن توالی اولیه آن است. به عبارت دیگر، می‌خواهیم رشته‌ای از RNA که متشکل از الفبای A، U، C و G است را طوری پیدا کنیم که ساختار حاصل از آن، با ساختار داده‌شده یکسان باشد.

این مسئله در زمینه طراحی RNA کاربرد دارد. زمانی که شما قصد دارید ساختاری را طراحی کنید که یک عملکرد زیستی خاص داشته باشد، لازم است توالی RNA‌ای را پیدا کنید که در صورت سنتز در آزمایشگاه، دقیقا همان ساختار مورد نظر را ایجاد کند.

از ابزارهای معکوس تاشدگی RNA و طراحی RNA میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

کاربردهای طراحی RNA

مسئله طراحی RNA در ریبوزیم‌ها و ریبوسوئیچ‌ها کاربردهای مهمی دارد. ریبوسوئیچ‌ها، عناصر تنظیمی موجود در نواحی کدگذار و غیرکدگذار ژنوم هستند که در تنظیم بیان ژن نقش دارند و می‌توانند به‌عنوان اهداف دارویی مورد استفاده قرار گیرند.

روش‌های درمانی مبتنی بر RNA، که به‌تازگی به عنوان ابزار یا هدف دارویی مطرح شده‌اند، کاربردهای گسترده‌ای از درمان سرطان تا مقابله با عفونت‌های ویروسی دارند. با وجود کمبود گروه‌های مولکولی در مقایسه با پروتئین‌ها، RNA به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فرد خود، گزینه‌ای مناسب برای محققانی است که به دنبال توسعه ابزارهای درمانی جدید هستند.

ریبوزیم‌ها و ریبوسوئیچ‌ها از جمله ابزارهای درمانی مبتنی بر RNA هستند که اغلب برای کاهش بیان ژن و مهار عفونت‌های باکتریایی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

فراگیری دانش کار با RNAها در بیوانفورماتیک

اگر شما هم به مطالعات RNA علاقه دارید میتوانید در دوره‌ی منطق و مبانی علم بیوانفورماتیک که از طرف کمپ بیوانفورماتیک ارائه شده است شرکت کنید. چرا که یک بخش مهمی از این دوره مربوط به مطالعات RNA میباشد. بخشی از سرفصلهای این دوره در مورد RNAها را در زیر ببینید:

RNA and List of RNAs
Primary Structure of RNA
اعمال کارهای محاسباتی بر روی فایل توالی RNA
Secondary Structure of RNA
روش‌های نمایش ساختار دوم RNA
- فین‌من خطی
- فین‌من دایره‌ای
- نمایش ساختاری
- نمایش دات‌براکت
آشنایی با نرم‌افزاری برای نمایش ساختار دوم RNA
آشنایی با زیرساختارهای ساختار دوم RNA
Tertiary Structure of Rna and pseudoknot
آشنایی با پایگاه‌داده‌های مفید برای دانلود سطوح مختلف RNAها
optimization algorithms در آموزش بیوانفورماتیک
پیش‌بینی ساختار RNAها و معرفی سرورهای این حوزه
طراحی RNA و سرورهای این حوزه

برای شرکت در این دوره و کسب اطلاعات بیشتر میتوانید بر روی لینک زیر کلیک کنید:

آموزش منطق و مبانی علم بیوانفورماتیک از طریق استارتاپ کمپ بیوانفورماتیک