بیوانفورماتیک چیست؟ آشنایی کامل با بیوانفورماتیک (Bioinformatics)

زمان تخمینی مطالعه: 20 دقیقه

بیوانفورماتیک چیست؟

بیوانفورماتیک (Bioinformatics)، دانش تحلیل، تفسیر و مدیریت اطلاعات زیستی با استفاده از ابزارها و روش‌های محاسباتی است. این علم، پلی جذاب میان دنیای پیچیده زیست‌شناسی و دنیای منظم و دقیق علم کامپیوتر ایجاد می‌کند و به دانشمندان امکان می‌دهد تا به حجم عظیمی از دیتای زیستی که از طریق روش‌های نوین توالی‌یابی ژنوم (مانند Whole Genome Sequencing) و سایر تکنیک‌های مولکولی به دست می‌آید، نظم و معنا ببخشند.

تاریخچه مختصری از بیوانفورماتیک

ریشه‌های بیوانفورماتیک را می‌توان در اواخر دهه ۱۹۶۰ جستجو کرد، زمانی که دانشمندان برای اولین بار شروع به استفاده از کامپیوتر برای آنالیز توالی‌های آمینواسیدی ونوکلئیک‌اسیدی کردند. با پیشرفت تکنولوژی‌های توالی‌یابی DNA در دهه ۱۹۸۰، حجم داده‌های ژنتیکی به‌طور تصاعدی افزایش پیدا کرد و نیاز به ابزارها و روش‌های جدید برای آنالیز این سیل دیتا بیش از پیش احساس شد.

Bioinformatics به عنوان یک علم بین‌رشته‌ای، در دهه ۱۹۷۰ میلادی با نیاز به مدیریت داده‌های زیستی و ژنومی شکل گرفت. در این زمان، ابزارهایی مانند اولین پایگاه داده‌های توالی DNA (GenBank) توسعه یافتند که توانستند اطلاعات ژنومی را ذخیره و به اشتراک بگذارند. نقطه عطف مهم این حوزه، پروژه ژنوم انسان بود که در سال ۱۹۹۰ آغاز شد و به تحلیل جامع توالی ژنتیکی انسان پرداخت. این پروژه نه‌تنها باعث توسعه روش‌های محاسباتی پیشرفته شد، بلکه منجر به گسترش پایگاه‌های داده و نرم‌افزارهای تخصصی گردید.

در طول دهه‌های بعد، پیشرفت‌های فناوری مانند ظهور نسل جدید توالی‌یابی (NGS) و محاسبات ابری، بیوانفورماتیک را به یکی از ارکان اصلی تحقیقات زیستی تبدیل کرد. با گذشت زمان، محققان از این علم برای تحلیل داده‌های پروتئومیک، متابولومیک و حتی اپی‌ژنتیک استفاده کردند. امروزه Bioinformatics با استفاده از الگوریتم‌های پیشرفته و هوش مصنوعی به حل مسائل پیچیده زیستی و پزشکی، از جمله شناسایی درمان‌های شخصی‌سازی‌شده و تحلیل بیماری‌های ژنتیکی کمک می‌کند.

امروزه این دانش به ابزاری ضروری برای تحقیقات در زمینه‌های مختلف زیست‌شناسی، پزشکی و داروسازی تبدیل شده‌است.

کاربردهای بیوانفورماتیک

بیوانفورماتیک در زیست‌شناسی نقش کلیدی در درک فرآیندهای مولکولی و سلولی ایفا می‌کند. این علم امکان تحلیل داده‌های حاصل از توالی‌یابی DNA و RNA را فراهم می‌کند که به شناسایی ژن‌ها و پروتئین‌های مرتبط با عملکردهای زیستی کمک می‌کند. برای مثال، از طریق Bioinformatics می‌توان شبکه‌های تنظیم ژنتیکی را شناسایی و الگوهای بیان ژن را تحلیل کرد. این اطلاعات برای درک سازوکارهای مولکولی در موجودات مختلف و کشف مسیرهای زیستی جدید بسیار ارزشمند است.

در سطح مولکولی، Bioinformatics امکان شبیه‌سازی و مدل‌سازی ساختار و عملکرد زیست‌مولکول‌ها را فراهم می‌کند. این مدل‌ها به درک بهتر عملکرد آنزیم‌ها و مسیرهای متابولیکی کمک می‌کنند و می‌توانند برای طراحی داروها و مهندسی زیستی استفاده شوند. علاوه بر این، در زیست‌شناسی محیطی، بیوانفورماتیک در مطالعه جوامع میکروبی و تاثیر آن‌ها بر اکوسیستم‌ها به‌کار می‌رود. این کاربردها به محققان اجازه می‌دهد رفتار موجودات زنده را در سطوح مختلف، از مولکول تا جمعیت، درک کنند و از آن برای پیشبرد دانش زیستی و حل مسائل زیست‌محیطی استفاده کنند.

Bioinformatics کاربردهای گسترده‌ای در حوزه‌های مختلف علوم زیستی دارد که در ادامه به برخی از کاربردهای جذاب این علم اشاره خواهیم کرد:

کاربرد بیوانفورماتیک در بهداشت و درمان

بیوانفورماتیک در پزشکی نقش حیاتی ایفا می‌کند و به شناسایی بیماری‌های ژنتیکی، توسعه داروهای جدید و طراحی درمان‌های شخصی‌سازی‌شده کمک می‌کند. به‌عنوان مثال، تحلیل داده‌های ژنومی می‌تواند جهش‌های مرتبط با بیماری‌هایی مانند سرطان یا دیابت را شناسایی کرده و درمان‌های هدفمندتری ارائه دهد. همچنین، از بیوانفورماتیک در کشف واکسن‌ها استفاده می‌شود؛ نمونه برجسته آن، طراحی واکسن‌های RNA برای مقابله با ویروس‌ها از جمله کووید-۱۹ است. این علم همچنین در تشخیص‌های پیشرفته با استفاده از الگوریتم‌های یادگیری ماشین کاربرد گسترده‌ای دارد.

بیوانفورماتیک و تشخیص بیماری

بیوانفورماتیک محققان را قادر می‌سازد تا بر اساس آنالیز داده‌های زیستی (مثل دیتای توالی‌یابی ژنوم)، مارکرهای بیماری را شناسایی کنند و تشخیص‌های اولیه را برای بیمار امکان‌پذیر کنند.

کشف و توسعه داروها با Bioinformatics

بیوانفورماتیک فرایند کشف دارو را ساده می‌کند. دانشمندان با استفاده از روش‌های شبیه‌سازی برای پیش‌بینی ساختار سه‌بعدی (3D) پروتئین‌ها، همچنین آنالیز مولکول‌های پروتئینی و برهمکنش‌های آن‌ها باهم، می‌توانند به درک بهتری از عملکرد پروتئین‌ها برسند و درمان‌های هدفمند با عوارض جانبی کمتری را طراحی کنند.

کشاورزی و بیوانفورماتیک

بهبود محصول: بیوانفورماتیک به شناسایی ژن‌های مسئول صفات مطلوب مانند مقاومت به خشکی یا افزایش باردهی کمک می‌کند. این به برنامه‌های اصلاحی اجازه می‌دهد تا محصولات مقاوم‌تر و پربارتر را توسعه دهند و نگرانی‌های مربوط به امنیت غذایی را برطرف سازند.

کنترل آفات و بیماری: با آنالیز داده‌های ژنتیکی مربوط به آفات و پاتوژن‌ها، Bioinformatics به توسعه استراتژی‌های کنترل هدفمند کمک می‌کند. این امر اتکا به آفت‌کش‌های مضر برای انسان را به حداقل می‌رساند و کشاورزی پایدار را ترویج می‌کند.

کاربرد بیوانفورماتیک در پزشکی قانونی

تجزیه و تحلیل DNA سنگ بنای پزشکی قانونی است. ابزارهای Bioinformatics به آنالیز پروفایل‌های ژنتیکی، حل جرایم و شناسایی افراد کمک می‌کنند.

بیوانفورماتیک در پزشکی قانونی نقش مهمی در تحلیل داده‌های زیستی برای شناسایی افراد و حل پرونده‌های جنایی ایفا می‌کند. این علم با استفاده از ابزارهای محاسباتی پیشرفته، داده‌های ژنتیکی مانند DNA را تجزیه‌وتحلیل کرده و امکان شناسایی هویت افراد یا خویشاوندی را فراهم می‌کند. از طریق مقایسه توالی‌های ژنومی نمونه‌های به‌دست‌آمده از صحنه جرم با پایگاه‌های داده ژنتیکی، می‌توان مظنونین را شناسایی یا قربانیان ناشناس را تعیین هویت کرد. بیوانفورماتیک همچنین در بررسی تنوع ژنتیکی برای شناسایی ویژگی‌های جمعیتی یا قومی نمونه‌های زیستی مفید است. علاوه بر این، با پیشرفت‌های اخیر در تحلیل‌های متاژنومیک، می‌توان میکروارگانیسم‌های موجود در نمونه‌های محیطی یا زیستی را برای تعیین زمان مرگ یا شرایط محیطی مرتبط با جرم بررسی کرد.

کاربرد بیوانفورماتیک در زیست‌شناسی تکاملی

در زیست‌شناسی تکاملی نیز Bioinformatics به مطالعه روابط فیلوژنتیکی بین گونه‌ها کمک می‌کند. تحلیل توالی‌های ژنومی موجودات مختلف امکان ردیابی مسیرهای تکاملی و شناسایی شباهت‌ها و تفاوت‌های ژنتیکی را فراهم می‌سازد. این علم همچنین در پروژه‌های زیست‌محیطی، مانند شناسایی گونه‌های میکروبی در اکوسیستم‌ها، بسیار موثر است. به کمک ابزارهای Bioinformatics می‌توان اطلاعاتی دقیق درباره تنوع زیستی به دست آورد و از آن‌ها برای حفاظت از گونه‌ها و مدیریت پایدار منابع طبیعی استفاده کرد.

ابزارهای بیوانفورماتیکی به محققان اجازه می‌دهند تا توالی ژن‌ها یا پروتئین‌های مربوط به موجودات مختلف را آنالیز و مقایسه کنند (با استفاده از تطبیق توالی یا Sequence Alignment) تا در نهایت با رسم درخت فیلوژنتیکی، به روابط تکاملی بین گونه‌ها پی ببرند.

تحقیقات علوم اعصاب

بیوانفورماتیک نقش فزاینده‌ای در آنالیز دیتای تصویربرداری مغز و تغییرات ژنتیکی مرتبط با اختلالات عصبی دارد، که به درک عملکرد مغز و توسعه استراتژی‌های درمانی جدید کمک می‌کند.

میکروبیولوژی و مقاومت ضدمیکروبی

بررسی شیوع: بیوانفورماتیک با تجزیه و تحلیل دیتای ژنتیکی پاتوژن‌ها به ردیابی گسترش بیماری‌های عفونی کمک می‌کند. این امکان واکنش سریع و اقدامات کنترلی در طول شیوع را فراهم می‌آورد. نقش گسترده و تاثیرگذار بیوانفورماتیک در مطالعه و بررسی پاندمی جهانی کرونا ویروس(COVID-19) یک مثال بارز از کاربرد بیوانفورماتیک در میکروبیولوژی است.

مبارزه با مقاومت آنتی‌بیوتیکی: Bioinformatics با تحلیل اساس مقاومت در باکتری‌ها، به توسعه آنتی‌بیوتیک‌های جدید و طراحی استراتژی‌هایی برای مبارزه با این تهدید روبه‌رشد کمک می‌کند. شناسایی باکتری‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک و طراحی ایزومرهای جدید آنتی‌بیوتیکی از جمله کاربرد‌های بیوانفورماتیک در مبارزه با مقاومت‌های میکروبی است.

بیوتکنولوژی و مهندسی زیستی

مهندسی متابولیک: بیوانفورماتیک به طراحی و مهندسی مسیرهای متابولیک در موجودات برای اهداف مختلف کمک می‌کند. این موضوع می‌تواند شامل تولید سوخت‌های زیستی، ایجاد مواد جدید یا افزایش تولید مواد غذایی باشد. با استفاده از بیوانفورماتیک می‌توان پروتئین‌ها و آنزیم‌های موجود در مسیرهای متابولیکی را مهندسی کرد و یا آن‌ها را به منظور استفاده در صنعت بیوتکنولوژی بهبود بخشید.

تغذیه شخصی (Personalized Nutrition): بیوانفورماتیک با توسعه هر چه بیشتر سیستم‌بیولوژی، امکان تجزیه و تحلیل ساختارهای ژنتیکی و میکروبیوم روده افراد را به صورت گسترده و دقیق فراهم نموده است، بیوانفورماتیک می‌تواند توصیه‌های غذایی را برای سلامتی افراد داشته باشد که این مهم به ترویج و توسعه پزشکی فرد محور ختم خواهد شد.

محیط زیست

بیوانفورماتیک می‌تواند با آنالیز محتوای ژنتیکی گیاهان و باکتری‌ها، به کمکِ زیست‌درمانی یا bioremediation بیاید. این پروسه، به بهبود توانایی‌های طبیعی موجود زنده برای پاکسازی آلودگی‌های محیط زیست کمک می‌کند. استفاده از گیاهان به منظور پاک‌سازی خاک‌های آلوده از فلزات سنگین چون آرسنیک، گواهی بر این موضوع است.

به یاد داشته باشید که این لیست کامل نیست! چرا؟

چون این رشته جوان و پویا است. ابزارها و تکنیک‌های جدید به‌طور مداوم در حال توسعه هستند و درها را به روی کاربردهای کاملاً جدید باز می‌کنند.

به‌علاوه، زیست‌شناسی رشته‌ای وسیع و متنوع است. وسعت بیولوژی تضمین می‌کند که همیشه زمینه‌های جدیدی برای کشف با استفاده از تکنیک‌های بیوانفورماتیکی وجود خواهد داشت.

بیوانفورماتیک را به‌عنوان یک لنز جدید و قدرتمند تصور کنید که می‌توانیم از آن برای دیدن دنیای زیست‌شناسی استفاده کنیم. همانطور که به توسعه و اصلاح این لنز ادامه می‌دهیم، جزئیات بیشتری را که قبلاً از دید ما پنهان بودند، کشف خواهیم کرد 😊

زیرشاخه‌ها و حوزه‌های کلیدی در بیوانفورماتیک

بیوانفورماتیک به چندین زیرشاخه تقسیم می‌شود که هر کدام بر انواع مختلف دیتا و سوالات بیولوژیکی تمرکز دارند.

 طبقه‌بندی بر اساس هدف آنالیز

Structural Bioinformatics: حوزه ساختاری به بررسی ساختار ماکرومولکول‌های زیستی، به‌ویژه پروتئین‌ها و اسیدهای نوکلئیک مربوط می‌شود. این حوزه می‌تواند شامل موارد زیر باشد:

•  پیش‌بینی و مدل‌سازی ساختارهای سه‌بعدی پروتئین‌ها و سایر مولکول‌های زیستی از طریق روش‌های مختلف
•  آنالیز خصوصیات ساختاری مولکول‌ها برای پی‌بردن به نقش بیولوژیکی آن‌ها

Functional Bioinformatics: حوزه عملکردی بر عملکرد بیولوژیکی و برهمکنش‌های بیومولکول‌ها تمرکز دارد. این حوزه، می‌تواند شامل موارد متنوع زیر باشد:

• حاشیه‌نویسی یا انوتیشین (annotation) ژن‌ها و پروتئین‌ها برای پیش‌بینی عملکرد آنها
• آنالیز داده‌های بیان ژن برای درک نقش ژن‌ها در شرایط یا بیماری‌های مختلف
• مطالعه برهمکنش‌های پروتئین-پروتئین (protein-protein interactions) و مسیرهای متابولیکی
• ادغام دیتا از منابع مختلف برای پیش‌بینی عملکرد پروتئین‌های ناشناخته

بیوانفورماتیک ساختاری و عملکردی برای درک نحوه عملکرد مولکول‌های زیستی در سطح بنیادی و اینکه چگونه برهم‌کنش‌های آنها منجر به فرایندهای بیولوژیکی پیچیده می‌شود، ضروری هستند. این دو اغلب دست در دست هم کار می‌کنند. زیرا ساختار یک مولکول می‌تواند بینش‌هایی را در مورد عملکرد آن ارائه دهد، و دانش عملکرد یک مولکول می‌تواند به مطالعات ساختاری کمک کند.

طبقه‌بندی بر اساس نوع داده

ژنومیکس (Genomics): مطالعه ساختار، عملکرد و تکامل ژنوم‌ها.

پروتئومیکس (Proteomics): مطالعه ساختار، عملکرد و تعامل پروتئین‌ها.

ترانسکریپتومیکس (Transcriptomics): مطالعه بیان ژن‌ها و تولید RNA.

متابولومیکس (Metabolomics): مطالعه متابولیت‌های موجود در یک سلول یا ارگانیسم.

اپی‌ژنومیکس (Epigenomics): مطالعه تغییرات بیان ژن که مستقل از تغییرات در توالی ژن اتفاق می‌افتند (مثل متیلاسیون DNA که نوعی تغییری شیمیایی است که روی توالی نوکلئوتیدی DNA تاثیر نمی‌گذارد)

فارماکوژنومیکس (Pharmacogenomics): برای پی بردن به اینکه چطور ژنتیک افراد بر پاسخ دارویی آن‌ها تاثیر می‌گذارد، فارماکولوژی را با ژنومیکس ادغام می‌کند.

یادگیری بیوانفورماتیک

با توجه به پررنگ شدن نقش بیوانفورماتیک در فیلدهای مختلف علوم زیستی، ورود به این حوزه و کسب مهارت در آن می‌تواند فرصت‌های عالی شغلی، تحقیقاتی، و آموزشی (اپلای تحصیلی برای دانشگاه‌های خارج از ایران) را برای شما فراهم کند. توانایی‌های بیوانفورماتیکی یکی از مهارت‌های مهم برای اشتغال در آزمایشگاه‌های بالینی است. همچنین بسیاری از مصاحبه‌های دانشگاهی برای پذیرش دانشجویان تحصیلات تکمیلی توجه ویژه‌ای به مهارت‌های بیوانفورماتیکی دارند.

چه پیش‌زمینه‌ای نیاز است؟

به‌منظور آغاز یادگیری، دانش پایه در زمینه‌های زیست‌شناسی، علوم کامپیوتر، آمار ضروری است. همچنین آشنایی با کدنویسی در لینوکس و زبان‌های برنامه‌نویسی مانند پایتون و R برای انجام بسیاری از تسک‌های بیوانفورماتیکی در سطح پیشرفته لازم است. مهمترین پیش‌زمینه برای یادگیری بیوانفورماتیک مانند هر مهارت کاربردی دیگر علاقه به بیوانفورماتیک است. قدرت تحلیل ریاضی و تفکر منطقی یک توانایی برتر برای پیشرفت در یادگیری بیوانفورماتیک است.

از کجا شروع کنیم؟

امروزه منابع آموزشی متنوعی برای یادگیری بیوانفورماتیک در دسترس دانشجویان قرار دارد. این منابع شامل کتاب‌های تخصصی در زمینه بیوانفورماتیک، جزوه‌های آموزشی، وب‌سایت‌ها و فیلم‌ها یا دوره‌های آنلان و آفلاین در سرتاسر وب است. این منابع متنوع می‌تواند سردرگم کننده و بعضا سبب زدگی دانشجویانی شود که در ابتدای راه یادگیری بیوانفورماتیک هستند.

گروه بیوانفورماتیک وانیار یک آموزش پایه‌ای و جامع برای شروع بیوانفورماتیک فراهم کرده است. در این‌ آموزش جامع بیوانفورماتیک تمامی مهارت‌هایی بیوانفورماتیکی که یک متخصص‌ علوم‌زیستی یا کامپیوتر برای ورود به بالین، تحقیقات و صنعت بیوتکنولوژی نیاز دارد آموزش داده شده است. این دوره حاصل تجربیات مدرسین گروه وانیار بوده و دارای پتانسیل یک شروع خوب برای همراهی شما در دنیای بیوانفورماتیک می‌باشد. مدرسین وانیار تجربیات بسیاری را در زمینه آنالیز داده‌های مختلف بیوانفورماتیکی کاربران گروه وانیار کسب نموده‌اند و در این دوره آموزشی تمامی این تجربیات را در اختیار فراگیران قرار داده‌اند.

شرکت در دوره بیوانفورماتیک عمومی یک فرصت طلائی برای افزایش مهارت‌های شغلی و تحقیقاتی ضروری در حوزه بیوانفورماتیک.

ثبت‌نام دوره عمومی

چه دانشگاه‌هایی در ایران رشته بیوانفورماتیک ارائه می‌کنند؟

برای ورودِ آکادمیک به حوزه بیوانفورماتیک در ایران، می‌توانید برای مقاطع کارشناسی‌ارشد (MSc) و دکتری (PhD) اقدام کنید.

کارشناسی‌ارشد بیوانفورماتیک در مجموعه علوم کامپیوتر قرار دارد و دانشگاه‌های اراک، الزهرا، تبریز، جامع انقلاب اسلامی تهران، زابل، امیر کبیر و محقق اردبیلی در سال ۱۴۰۳ دانشجو پذیرش می‌کنند.

همچنین فارغ‌التحصیلان کارشناسی‌ارشد همه رشته‌ها نیز مجاز به شرکت در کنکور دکتری رشته بیوانفورماتیک هستند. دانشگاه‌های شهید بهشتی و تهران درحال‌حاضر دانشجوی دکترا در این رشته می‌پذیرند.

چه دروسی در مقاطع ارشد و دکترای بیوانفورماتیک تدریس می‌شوند؟

در مقطع ارشد بیوانفورماتیک، دروسی مثل زیست‌شناسی سلولی و مولکولی، الگوریتم‌های بیوانفورماتیک، یادگیری ماشین، یادگیری عمیق، مدل‌های گرافی احتمالی، پردازش هوشمند تصاویر زیست-پزشکی، آمار و احتمال مهندسی، تحلیل شبکه‌های زیستی، و طراحی محاسباتی دارو تدریس می‌شوند.

در دوره دکترا بیوانفورماتیک نیز دروس دوره کارشناسی‌ارشد با جزییات و پیچیدگی بیشتری به دانشجو ارائه می‌شوند. از‌ جمله دروس این مقطع عبارتند از: مدل‌سازی مولکولی، ژنومیک محاسباتی، کموانفورماتیک، سیستم‌های دینامیکی، محاسبات مولکولی، الگوریتم‌های تکاملی، ژنومیک و تنظیم ژنی، مدل‌های تصادفی گسسته، و بیوانفورماتیک ساختاری.

اپلای تحصیلی در رشته بیوانفورماتیک

از آنجا که بیوانفورماتیک یک دانش بین‌رشته‌ای محسوب می‌شود، می‌توانید از رشته‌های مرتبط با زیست‌شناسی و شاخه‌های علوم کامپیوتر برای پوزیشن‌های آن اقدام کنید. البته این موضوع بستگی به دانشگاه و موضوعِ فیلد تحقیقاتی دارد که می‌خواهید برای آن اقدام کنید (این موارد در بخش الزامات (Requirements) پوزیشن‌های تحصیلی قید شده‌است).

برای اقدام برای پوزیشن‌های مرتبط با بیوانفورماتیک، قطعا زمانی شانس پذیرش افزایش پیدا می‌کند که بتوانید توانایی یا مهارت محاسباتی و تحلیلی خود را در این حوزه به استاد یا کمیته آموزشی ثابت کنید.

توجه کنید که حتی اگر قصد ندارید برای پوزیشن‌های تحصیلی بیوانفورماتیک یا زیست‌شناسی محاسباتی اقدام کنید، آشنایی با آنالیز دیتای زیستی و کسب مهارت در آن، فرصت تحصیل در سایر فیلدهای علوم زیستی را هم افزایش می‌دهد.

مهارت‌های مورد نیاز برای متخصصان بیوانفورماتیک

یک بیوانفورماتیست بهتر است برای موفقیت در این فیلد، دارای مجموعه‌ای از مهارت‌های سخت و نرم باشد. در ادامه به برخی از مهارت‌های کلیدی که یک متخصص بیوانفورماتیک باید به آن‌ها مجهز باشد، می‌پردازیم.

دانش عمیق در زیست‌شناسی

درک صحیح از مفاهیم و فرآیندهای زیستی، بنیان اصلی موفقیت در بیوانفورماتیک است. یک متخصص باید با مبانی زیست‌شناسی مولکولی، ژنتیک، بیوشیمی و سایر رشته‌های مرتبط آشنا باشد. مثلا فرض کنید در حال آنالیز داده‌های توالی ژنومی هستید. برای تفسیر صحیح نتایج، باید از ساختار ژن و DNA، انواع واریانت‌های ژنتیکی و نقش آن‌ها در بیماری‌ها اطلاع داشته باشید.

تسلط بر برنامه‌نویسی

بیوانفورماتیک به شدت وابسته به برنامه‌نویسی است. متخصصان این حوزه باید با کدنویسی در لینوکس و زبان‌های برنامه‌نویسی مختلف مانند پایتون، R و Perl آشنا، و در حالت بهتر مسلط باشند تا بتوانند دیتای بیولوژیکی خود را آنالیز کنند یا ابزارها و الگوریتم‌های مورد نیاز برای آنالیز داده را توسعه دهند. تصور کنید که در حال مطالعه الگوی بیان ژن‌ها در سلول‌های سرطانی هستید. برای انجام این کار، باید از زبان‌های برنامه‌نویسی برای آنالیز داده‌های توالی RNA و تجسم (visualization) نتایج استفاده کنید.

مهارت‌های کار تیمی

بسیاری از پروژه‌های بیوانفورماتیک به‌دلیل بین رشته‌ای بودن، نیازمند همکاری با متخصصان از فیلدهای مختلف مانند پزشکی، داروسازی، گرایش‌های مختلف زیست‌شناسی، علوم کامپیوتر، ریاضیات و آمار هستند. متخصصان این حوزه باید از مهارت‌های کار تیمی خوبی برخوردار باشند تا بتوانند به‌طور موثر با دیگران همکاری کنند، ایده‌ها را به اشتراک بگذارند و به اهداف مشترک دست یابند.

مهارت حل مسئله

بیوانفورماتیک شامل حل مسائل پیچیده و ارائه راه‌حل‌های نوآورانه برای چالش‌های زیستی است. متخصصان این حوزه باید از تفکر انتقادی، خلاقیت و توانایی حل مسئله قوی برخوردار باشند تا بتوانند الگوهای پنهان زیستی را کشف کنند.

اشتیاق به یادگیری مداوم

بیوانفورماتیک به‌سرعت در حال تکامل است. بیوانفورماتیست باید به‌طور مداوم در حال یادگیری و به‌روزرسانی دانش خود باشد تا با آخرین پیشرفت‌ها و روش‌های جدید آشنا شوند.

فرصت‌های شغلی در بیوانفورماتیک

اگر به‌دنبال یک پوزیشن شغلی جذاب و استخدام در زمینه بیوانفورماتیک هستید، باید ابتدا مهارت‌های عمومی خود را تقویت کنید و سپس وارد یادگیری حوزه‌های تخصصی (مثلا پروتئومیکس، ژنومیکس و…) شوید.

برای گرفتن پوزیشن شغلی مناسب، باید بتوانید مهارت‌های خود را به کارفرمای خود اثبات کنید (مثلا با پروژه‌ها، مقالات یا تحقیقاتی که در این زمینه انجام داده‌اید و دوره‌های آموزشی مرتبطی که در آن‌ها شرکت کرده‌اید). کاربران دوره‌های گروه بیوانفورماتیک وانیار پس از سپری کردن دوره گواهی پایان دوره به زبان انگلیسی دریافت میکنند که شامل یک گواهی به صورت آنلاین از سایت گروه بیوانفورماتیک وانیار و یک گواهی PDF که از طریق QR Code به گواهی آنلاین لینک است، همچنین پس از سپری کردن دوره دانشجویان یک توصیه‌نامه الکترونیکی نیز به زبان انگلیسی دریافت می‌کنند که به پیوست گواهی الکترونیکی وجود دارد و شامل سرفصل‌های سپری شده و مهارت‌های کسب شده در دوره است.

متناسب با کاربردهای متنوع بیوانفورماتیک در بخش‌های مختلف، زمینه‌های متنوع شغلی هم در این حوزه وجود دارند. در این بخش از مقاله، به بررسی برخی از انواع فرصت‌های شغلی در بیوانفورماتیک می‌پردازیم:

مهارت‌های پایه‌ای بیوانفورماتیک یک فرصت طلائی

مهارت‌های عمومی بیوانفورماتیک فرصت‌های شغلی را برای اعضای خانواده بزرگ علوم‌زیستی افزایش می‌دهند و ذکر مهارت‌های بیوانفورماتیکی یک ضرورت مهم در رزومه علاقمندان به فعالیت در حوزه‌های مختلف علوم‌زیستی است. فرقی نمی‌کند که در یک آزمایشگاه کنترل کیفی مواد غذایی فعالیت دارید، یا قصد دارید در یک خط تولید شرکت دارویی مشغول به کار شوید و یا می‌خواهید در یک آزمایشگاه بالینی استخدام شوید آنچه که شما را نسبت به سایر رقبا برتری‌ می‌بخشد مهارت‌های پایه‌ای بیوانفورماتیک است. درحال حاضر مهمترین بخش روزمه از نظر تمامی کارفرمایان در شرکت‌های دارویی، آزمایشگاه‌های پاتولوژی، آزمایشگاه‌های ژنتیک و مراکز تخصصی پژوهشی و درمانی، مهارت‌های بیوانفورماتیکی است. با افزایش مهارت‌های بیوانفورماتیکی شرایط شغلی و تحقیقاتی خود را ارتقاع دهید.

ثبت‌نام در دوره جامع طراحی پرایمر

ثبت‌نام در دوره پروتئین

توسعه‌دهنده (developer) نرم‌افزار و ابزارهای بیوانفورماتیک

این افراد با طراحی، برنامه‌نویسی و نگهداری از ابزارها و دیتابیس‌های بیوانفورماتیکی سروکار دارند. شما در جایگاه یک توسعه‌دهنده باید به زبان‌های برنامه‌نویسی، الگوریتم‌ها و ساختارهای داده مسلط باشید و در عین حال از دانش خوبی در زیست‌شناسی برخوردار باشید.

آنالیزور داده‌های بیوانفورماتیک

مسئولیت اصلی این افراد، جمع‌آوری، تجزیه و تحلیل حجم عظیمی از داده‌های زیستی است. آنها از مهارت‌های آماری و محاسباتی خود برای استخراج اطلاعات معنی‌دار (significant) از این داده‌ها و پاسخ به سوالات کلیدی در زمینه‌های مختلف مانند پزشکی، کشاورزی و محیط زیست استفاده می‌کنند. مثلا یک متخصص ژنومیک، با توالی‌یابی، مونتاژ (assemble) و آنالیز ژنوم‌ها سروکار دارد و می‌تواند از دانش خود برای شناسایی ژن‌های مرتبط با بیماری‌ها استفاده کند.

پژوهشگر بیوانفورماتیک

این افراد می‌توانند در بستر پروژه‌های تحقیقاتی یا طی همکاری با R&D در سازمان‌ها و شرکت‌های مرتبط (مثلا شرکت‌های طراحی دارو) فعالیت پژوهشی کنند. یک پژوهشگر (researcher)، ابزارها و الگوریتم‌های محاسباتی را برای آنالیز، مدیریت و تفسیر دیتاست‌های بیولوژیکی بزرگ ایجاد و به کار می‌برد. پژوهشگر در دریای پر از شگفتی بیوانفورماتیک شناور است، یاد می‌گیرد، تحلیل می‌کند، به کار می‌گیرد، و خلق می‌کند.

مدرس بیوانفورماتیک

با توجه به درخواست بالا برای متخصصان بیوانفورماتیک، فرصت‌های شغلی زیادی برای آموزش در این فیلد وجود دارد. مدرسان در دانشگاه‌ها، موسسات تحقیقاتی، استارتاپ‌ها و شرکت‌های خصوصی به تدریس اصول و مباحث تخصصی این علم به دانشجویان می‌پردازند.

آینده بیوانفورماتیک

بیوانفورماتیک به سرعت درک ما از حیات را تغییر می‌دهد. این دانش با بهره‌گیری از قدرت دیتاست‌ها یا مجموعه داده‌های زیستی، راه را برای پیشرفت‌های قطعی در زمینه پزشکی و داروسازی (بحث پیش‌گیری، تشخیص و درمان)، کشاورزی و سایر فیلدهای علوم زیستی هموار می‌کند.

Bioinformatics با پیشرفت‌های مستمر در حوزه‌هایی مثل فناوری‌های توالی‌یابی با بازده بالا (High-throughput sequencing (HTS) که به‌عنوان NGS هم شناخته می‌شود) و هوش مصنوعی (AI) رشد می‌کند.

نقش HTS در آینده بیوانفورماتیک

فناوری‌های توالی‌یابی با بازده بالا که امکان توالی‌یابی موازی چندین و چند مولکول DNA یا RNA را در مقیاس وسیع فراهم می‌کنند، انقلابی در توانایی ما برای مطالعه بیومولکول‌ها ایجاد کرده‌اند. در آینده، NGS و تکنولوژی‌های مرتبط سطح بالاتر، به محققان اجازه می‌دهند تا درمان‌های شخصی‌سازی‌شده (بر اساس خصوصیات ژنتیک افراد) ارائه دهند و کیفیت زندگی را بهبود ببخشند.

نقش هوش مصنوعی در آینده بیوانفورماتیک

کوه‌های روبه‌رشد داده‌های بیولوژیکی که توسط تکنیک‌های HTS و سایر فناوری‌ها تولید می‌کنیم، زمانی دلهره‌آور بودند، اما یک شریک جدید برای کمک به درک همه چیز ظاهر شد: هوش مصنوعی!

هوش مصنوعی به سیستم‌های کامپیوتری گفته‌می‌شود که قادر به تقلید از هوش انسان هستند. AI از داده‌هایی که در اختیارش قرار می‌گیرد، یاد می‌گیرد و توانایی خود را برای انجام وظایفی مانند تشخیص الگوها، پیش‌بینی‌ها و حل مسائل بهبود می‌بخشد.

هوش مصنوعی در شناسایی الگوهای ظریف در دیتاست‌های عظیم تبحر دارد. این تواناییِ AI، محققان را قادر می‌سازد تا ارتباطات پنهان بین ژن‌ها، جهش‌ها و فنوتایپ‌های بیماری را شناسایی کنند و پزشکی شخصی‌سازی‌شده (personalized medicine) را تسریع ببخشند.

به‌علاوه، هوش مصنوعی قادر است کارهای پیچیده‌ای مانند کشف دارو و پیش‌بینی اثر دارو برای هر فرد را با کارایی و دقت بالا انجام دهد. به‌طور سنتی، تعیین ساختار 3D پروتئین فرایندی زمان‌بر و پرهزینه است. الگوریتم‌های هوش مصنوعی مانند AlphaFold توسط DeepMind اکنون می‌توانند ساختارهای پروتئینی را با دقت قابل‌توجهی پیش‌بینی کنند و درهایی را برای طراحی داروهای جدید و درک عملکرد پروتئین به روی دانشمندان باز کنند.

در زمان همه‌گیری یا پاندمی COVID-19، هوش مصنوعی در تحلیل سریع داده‌های ویروسی و مدل‌سازی پروتئین‌های ویروسی، نقشی کلیدی داشت که به توسعه واکسن‌های کارآمد منجر شد.

در کلام آخر، با گسترش روزافزون دانش و فناوری در عرصه بیوانفورماتیک، می‌توان انتظار داشت که در آینده‌ای نزدیک، شاهد دستاوردهای شگفت‌انگیز و راه‌حل‌های نوین برای بسیاری از چالش‌های سلامتی انسان باشیم.

جمع‌بندی

بیوانفورماتیک علمی پویا و قدرتمند است که با تلفیق قدرت دانش کامپیوتر و علم بیولوژی، در حال انقلاب‌آفرینی در حوزه‌های مختلف علوم زیستی، مانند پزشکی و داروسازی است. دیتا، دیتابیس‌ها، و الگوریتم‌های آنالیز دیتا نقشی اساسی در این دانش ایفا می‌کنند. این علم نو ظهور به دانشمندان کمک می‌کند تا به حجم عظیم داده‌های زیستی نظم و معنا ببخشند. بیوانفورماتیک برای درک عمیق‌تر حیات و توسعه راه‌حل‌های نوین چالش‌های مختلف در حوزه‌های سلامت، کشاورزی و محیط زیست، آماده خدمت به بشر است.

سوالات متداول