NCBI چیست؟ معرفی و آموزش NCBI

معرفی مرکز ملی اطلاعات بیوتکنولوژی ایالات متحده (NCBI)

مرکز ملی اطلاعات بیوتکنولوژی ایالات متحده (NCBI) یکی از معتبرترین و مهم‌ترین مراکز تحقیقاتی در زمینه بیوتکنولوژی و علوم زیستی است که از سال 1988 در ایالات متحده تأسیس شده است. این مرکز تحت نظر مؤسسه ملی بهداشت (NIH) فعالیت می‌کند و هدف آن ارتقاء تحقیقات علمی، آموزش و اشتراک‌گذاری داده‌ها در حوزه‌های مختلف زیست‌شناسی مولکولی، ژنتیک، بیوانفورماتیک و پزشکی است. در این مقاله به معرفی NCBI، سرویس‌ها و منابع مختلف آن، و نقشی که در پیشرفت علم زیست‌شناسی ایفا کرده است، پرداخته خواهد شد.

تاریخچه NCBI

NCBI در سال 1988 به عنوان بخشی از مؤسسه ملی بهداشت (NIH) تأسیس شد. این مرکز به‌طور ویژه به جمع‌آوری و سازماندهی داده‌های بیولوژیکی و ژنتیکی پرداخته و ابزاری قوی برای محققان فراهم کرده است. ابتدا، NCBI وظیفه داشت تا اطلاعات ژنتیکی انسان را گردآوری کرده و در اختیار پژوهشگران قرار دهد. با گذشت زمان، این مرکز به یکی از منابع اصلی داده‌های بیولوژیکی برای دانشمندان در سطح جهانی تبدیل شد

سرویس‌ها و منابع NCBI

سرویس‌ها یا منابع مختلفی توسط NCBI ایجاد شده و یا پشتیبانی می‌شوند. این سرویس‌ها اغلب به شکل رایگان در اختیار جامع علوم‌زیستی قرار دارند و محققین می‌توانند از این منابع و سرویس‌ها برای پیشبرد تحقیقات خود استفاده کنند. در ادامه به معرفی برخی از مهمترین سرویس‌های NCBI خواهیم پرداخت.

پایگاه GenBank

یکی از معروف‌ترین پایگاه‌ داده‌های NCBI، پایگاه GenBank است. این پایگاه داده شامل اطلاعات توالی‌های ژنومی است که از تعداد زیادی موجودات زنده جمع‌آوری شده است. GenBank به محققان این امکان را می‌دهد که توالی‌های ژنتیکی را جستجو کرده و با داده‌های دیگر مقایسه کنند. به‌طور خاص، این پایگاه به عنوان یک منبع مرجع برای مطالعات ژنومیک و تعیین توالی DNA به‌شمار می‌رود.

پایگاه BLAST

سیستم Basic Local Alignment Search Tool یا BLAST ابزاری است که برای مقایسه توالی‌های بیولوژیکی از جمله DNA ،RNA و پروتئین طراحی شده است. BLAST این امکان را به پژوهشگران می‌دهد که توالی‌های مشابه یا هم‌خانواده را در پایگاه‌های داده NCBI جستجو کرده و تطابق‌های بیولوژیکی آن‌ها را شناسایی کنند.

پایگاه PubMed

PubMed یکی دیگر از سرویس‌های بسیار مهم NCBI است که دسترسی محققان به مقالات علمی و پژوهش‌های زیست‌پزشکی را فراهم می‌آورد. PubMed بیش از 30 میلیون مقاله علمی را در زمینه‌های مختلف زیست‌شناسی، پزشکی، داروشناسی، کشاورزی و دیگر رشته‌های مرتبط در خود جای داده است.

موتور جستجوی Entrez

Entrez یک موتور جستجو است که به کاربران اجازه می‌دهد تا در میان پایگاه‌ داده‌های مختلف NCBI جستجو کنند. این سرویس می‌تواند اطلاعات مختلفی از جمله داده‌های ژنتیکی، پروتئینی، مقالات علمی و ساختارهای زیستی را در نتایج جستجو فهرست نماید.

NCBI و پیشرفت علم زیست‌شناسی

NCBI به‌طور قابل توجهی بر پیشرفت‌های علمی در زمینه‌های مختلف زیست‌شناسی تأثیر گذاشته است. یکی از مهم‌ترین دستاوردهای این مرکز، گسترش دسترسی به داده‌های ژنتیکی و مولکولی است که به پژوهشگران امکان داده تا تحلیل‌های دقیق‌تری انجام دهند و درک بهتری از ساختار، عملکرد و تکامل ژن‌ها به‌دست آورند. علاوه بر این، NCBI با ارائه ابزارهای محاسباتی مانند BLAST و Entrez، توانسته است در حوزه بیوانفورماتیک و تحلیل‌های پیچیده داده‌های زیستی نقشی اساسی ایفا کند.

نقش NCBI در پروژه‌های جهانی

از آنجا که NCBI به‌عنوان یک پایگاه داده جهانی در زمینه ژنتیک و بیولوژی شناخته می‌شود، نقش بسزایی در پروژه‌های جهانی مانند پروژه ژنوم انسان و سایر پروژه‌های ژنومیک ایفا کرده است. در این پروژه‌ها، NCBI داده‌های توالی ژنوم انسان و دیگر موجودات را در اختیار پژوهشگران قرار داده و به تسریع پیشرفت تحقیقات در زمینه‌های مختلف پزشکی، داروسازی و زیست‌شناسی کمک کرده است.

به‌ویژه، در زمینه کشف و درمان بیماری‌های ژنتیکی، NCBI با فراهم‌آوردن منابعی مانند اطلاعات توالی‌های ژنومی و پلی‌مورفیسم‌ها، به پژوهشگران این امکان را می‌دهد که به‌سرعت ژن‌های مرتبط با بیماری‌های خاص را شناسایی کرده و به تحلیل‌های دقیق‌تری بپردازند.

نقش NCBI در آموزش و توسعه بیوانفورماتیک

NCBI نه تنها به عنوان یک مرکز تحقیقاتی شناخته می‌شود بلکه به‌طور فعال در زمینه آموزش نیز فعالیت دارد. این مرکز دوره‌های آموزشی، وبینارها و منابع آموزشی آنلاین را برای محققان و دانشجویان در زمینه‌های مختلف زیست‌شناسی، زیست‌پزشکی، و بیوانفورماتیک ارائه می‌دهد. این فعالیت‌ها به‌ویژه برای دانشجویان و پژوهشگران جدید در زمینه‌های بیوتکنولوژی و علوم زیستی بسیار مفید خواهد بود.

آموزش استفاده از NCBI

در ادامه با یک مثال عملی شیوه‌ی استفاده از NCBI را معرفی خواهیم کرد. در این مثال قصد داریم عبارت wnt را در موتور جستجوی Entrez وارد کنیم و جستجو را در پایگاه‌های مختلف NCBI برای این ژن انجام دهیم. سپس از هر بخش از نتایج جستجو را باهم بررسی خواهیم کرد. ابتدا از طریق موتور جستجو به صفحه اصلی سایت NCBI وارد می‌شویم.

برای ورود به پایگاه NCBI می‌توانید از لینک زیر اقدام نمایید:

در کادر موتور جستجوی Entrez عبارت مدنظر خود را وارد می‌کنیم در این‌جا ما قصد داریم یک جستجوی جامع برای ژن wnt انجام دهیم:

پس از جستجو صفحه نتایج ظاهر خواهد شد که از بخش‌های مختلفی تشکیل شده و شامل نتایج مرتبط با عبارت مورد جستجوی ما در پایگاه‌های مختلف است. در ادامه به بررسی هر بخش از صفحه نتایج خواهیم پرداخت.

بخش Literature در سایت مرکز ملی اطلاعات زیست‌فناوری

بخش Literature در سایت مرکز ملی اطلاعات زیست‌فناوری (NCBI) ابزارهای ارزشمندی برای پژوهشگران و دانشجویان رشته‌های زیست‌شناسی، پزشکی و علوم زیستی فراهم می‌کند. یکی از مهم‌ترین این ابزارها پایگاه داده PubMed است که بیش از ۳۰ میلیون ارجاع از مجموعه MEDLINE ،PubMed Central (PMC) و منابع دیگر را در بر می‌گیرد. این پایگاه به عنوان منبعی جامع برای دسترسی به مقالات علمی اولیه در حوزه علوم زیستی و زیست‌پزشکی شناخته می‌شود و شامل اطلاعاتی مانند عنوان، نویسنده، تاریخ انتشار و چکیده مقالات علمی است که پژوهشگران می‌توانند برای جستجوی تخصصی از آن بهره ببرند​.

کاتالوگ‌های NLM و PMC

NCBI همچنین منابعی مانند کاتالوگ NLM را برای دسترسی به ژورنال‌های نمایه‌شده فراهم می‌کند. این کاتالوگ قابلیت جستجوی پیشرفته در میان ژورنال‌ها و نشریات نمایه‌شده در MEDLINE را ارائه می‌دهد و به کاربران امکان می‌دهد تا به نشریات معتبر زیست‌پزشکی دسترسی داشته باشند. برای دسترسی به متن کامل مقالات، کاربران می‌توانند از PubMed Central استفاده کنند. PMC به عنوان آرشیوی رایگان برای مقالات زیست‌پزشکی، دسترسی به متن کامل مقالاتی که توسط ژورنال‌ها با دسترسی آزاد منتشر شده‌اند را امکان‌پذیر می‌کند و به اشتراک‌گذاری دانش در محیط علمی کمک شایانی می‌کند​.

لینک به پایگاه‌های دیگر

بخش‌های مختلف نتایج Literature شامل لینک‌هایی به منابع خارجی است که کاربران را به مقالات و پایگاه‌های مختلف در خارج از پایگاه داده اصلی NCBI متصل می‌کند و دسترسی به منابع گسترده‌تری را فراهم می‌آورد. به طور کلی، ابزارها و منابع موجود در بخش Literature سایت NCBI به پژوهشگران کمک می‌کند تا جستجوهای جامعی در زمینه‌های مختلف علوم زیستی انجام دهند، که این موضوع برای انجام مرورهای نظام‌مند(systematic review)، نوشتن پروپوزال‌های پژوهشی و مقالات علمی ضروری است.

بخش “Genes” در نتایج NCBI

بخش “Genes” در نتایج NCBI یک پایگاه داده قدرتمند و جامع است که اطلاعات گسترده‌ای در مورد ژن‌ها و پروتئین‌های کد شده توسط آن‌ها فراهم می‌کند. این بخش شامل اطلاعاتی در مورد ساختار، عملکرد و اهمیت هر ژن در سطح مولکولی و سلولی است و داده‌های مرتبط با پژوهش‌های ژنتیکی را به صورت متمرکز و سازمان‌دهی‌شده به پژوهشگران ارائه می‌دهد.

“RefSeq” (یا “Reference Sequences”)

یکی از قابلیت‌های کلیدی این بخش، اطلاعات “RefSeq” (یا “Reference Sequences”) است که توالی‌های ژنی مرجع و استاندارد شده برای استفاده در پژوهش‌های علمی را ارائه می‌کند. RefSeq شامل توالی‌های مختلفی است، از جمله توالی‌های DNA ،mRNA و پروتئین، که به محققان امکان مقایسه و تجزیه و تحلیل دقیق ژن‌ها را فراهم می‌سازد. این توالی‌های مرجع می‌توانند به شناسایی و مطالعه دقیق تفاوت‌های ژنتیکی و جهش‌ها کمک کنند و در زمینه‌های مرتبط با ژنتیک پزشکی، مانند شناسایی جهش‌های مرتبط با بیماری‌ها، کاربرد گسترده‌ای دارند.

GeneRIF: Gene Reference into Function

از دیگر بخش‌های مهم “Genes” در NCBI ،GeneRIF است. GeneRIF امکان می‌دهد که پژوهشگران اطلاعات مختصری در مورد نقش و عملکرد یک ژن خاص را ثبت و مستندسازی کنند. این ویژگی شامل داده‌های پژوهشی به‌روز و خلاصه‌هایی از مقالات علمی است که به درک عمیق‌تری از عملکرد ژن‌ها کمک می‌کند.

“Gene Expression Omnibus (GEO)”

بخش‌های دیگری همچون “Gene Expression Omnibus (GEO)” نیز در این قسمت قرار دارد که اطلاعاتی در مورد بیان ژنی و داده‌های حاصل از آزمایش‌های مختلف، مانند میکرواری و RNA-seq، ارائه می‌دهد. این اطلاعات به محققان اجازه می‌دهد تغییرات بیان ژنی را در شرایط مختلف بررسی کنند که برای درک مکانیسم‌های بیماری‌ها و مسیرهای مولکولی مفید است.

به طور کلی، بخش Genes در NCBI با ارایه داده‌های دقیق و سازمان‌یافته در مورد ژن‌ها، منبع ارزشمندی برای پژوهش‌های ژنتیکی و مولکولی است.

بخش Protein در سایت مرکز ملی اطلاعات زیست‌فناوری

بخش Protein در پایگاه داده NCBI یک منبع گسترده برای اطلاعات پروتئینی است که حاوی توالی‌های آمینواسیدی از گونه‌های مختلف موجودات زنده می‌باشد. این توالی‌ها می‌توانند از طریق داده‌های اولیه، که به‌طور مستقیم در آزمایشگاه‌ها از روش‌های تجربی مانند پروتئومیکس به دست می‌آیند، یا داده‌های ثانویه که از روی توالی‌های ژنی به‌ دست‌آمده از پایگاه داده‌هایی مانند RefSeq ایجاد می‌شوند، ثبت شوند.

بخش Protein برای پژوهشگرانی که در زمینه زیست‌شناسی مولکولی، بیوتکنولوژی، و بیوانفورماتیک کار می‌کنند ابزارهای متنوعی را ارائه می‌دهد. از جمله این ابزارها می‌توان به BLASTp اشاره کرد که امکان تطابق توالی پروتئین‌های ناشناخته با پروتئین‌های موجود در پایگاه داده را فراهم می‌آورد و به محققین کمک می‌کند تا عملکرد و ساختار پروتئین‌های مشابه را بررسی کنند.

این بخش همچنین لینک‌های مستقیمی به منابع دیگری نظیر Gene و PubMed دارد که به کاربران امکان دسترسی به اطلاعات بیشتر در مورد ژن‌های مربوطه، مقالات مرتبط، و همچنین ساختارهای سه‌بعدی پروتئین‌ها را می‌دهد. همچنین ویژگی‌هایی مانند Annotation و COMMENT در هر رکورد اطلاعات مهمی از جمله توالی و ساختار پروتئین، عملکردهای بیولوژیکی و نیز تغییرات پس‌از ترجمه (مانند فسفریلاسیون یا متیلاسیون) را در اختیار کاربران قرار می‌دهد.

این پایگاه داده برای تجزیه‌وتحلیل توالی پروتئین‌ها و بررسی تفاوت‌های ساختاری و عملکردی بین آن‌ها بسیار ارزشمند است.

بخش Genomes در سایت مرکز ملی اطلاعات زیست‌فناوری

بخش Genomes در پایگاه داده NCBI یکی از منابع اصلی برای دسترسی به داده‌های ژنومی در مقیاس بزرگ است که شامل اطلاعات دقیق درباره ژنوم‌های موجودات مختلف از باکتری‌ها و ویروس‌ها تا گیاهان و جانوران می‌شود. این بخش به پژوهشگران امکان دسترسی به توالی‌های کامل ژنومی و ابزارهایی برای آنالیز و مقایسه ژنوم‌ها را می‌دهد.

این پایگاه داده اطلاعاتی را از منابع مختلف مانند پروژه‌های توالی‌یابی در مقیاس بزرگ، بانک‌های ژنومی تخصصی و ژورنال‌های علمی جمع‌آوری می‌کند و به صورت جامع ارائه می‌دهد. در این پایگاه، کاربران می‌توانند به اطلاعاتی همچون ژنوم‌های مرجع، توالی‌های متنوع ژنتیکی، و ابزارهایی برای مقایسه ژنومی بین گونه‌ها دسترسی داشته باشند. ابزارهایی مانند Genome Data Viewer (GDV) نیز امکان مشاهده و تحلیل بصری این داده‌ها را فراهم می‌کند و به کاربران امکان می‌دهد تا ژنوم‌ها را به راحتی مقایسه و ویژگی‌های خاص آن‌ها را شناسایی کنند.

به طور کلی، بخش Genomes در NCBI برای محققانی که در زمینه‌های مختلف بیولوژی مولکولی، ژنتیک و پزشکی کار می‌کنند، ابزار بسیار مفیدی است که می‌تواند به کشف‌های نوین در زمینه‌های تحقیقاتی کمک کند. این ابزار به ویژه برای مطالعه تنوع ژنتیکی و شناسایی تفاوت‌های ژنومی بین گونه‌های مختلف اهمیت دارد و پژوهش‌ها را با دسترسی به داده‌های گسترده تسهیل می‌کند.

بخش Clinical در NCBI

بخش Clinical در NCBI به عنوان یک منبع جامع برای داده‌های ژنتیکی و بالینی عمل می‌کند که ارتباطی حیاتی بین اطلاعات ژنومیک و کاربردهای بالینی ایجاد می‌کند. این بخش، از منابع مختلف برای تسهیل در دسترسی به داده‌های مربوط به واریانت‌های ژنتیکی، بیماری‌ها و داده‌های فنوتیپی استفاده می‌کند. از ابزارهای مهم در این بخش، پایگاه داده ClinVar است که اطلاعات واریانت‌های ژنتیکی مرتبط با بیماری‌ها را فراهم می‌کند. ClinVar شامل اطلاعاتی دربارهٔ تغییرات ژنتیکی و ارتباط آن‌ها با بیماری‌ها است که توسط محققان و موسسات پزشکی ارسال می‌شود و به مرور زمان توسط NCBI به‌روز می‌گردد.

ClinVar

در این پایگاه، واریانت‌های ژنتیکی با توجه به اهمیت بالینی آن‌ها طبقه‌بندی می‌شوند و جزئیاتی مانند نام واریانت، موقعیت ژنومی، اثرات مولکولی، و شواهد عملکردی ارائه می‌شود. همچنین، این اطلاعات می‌تواند به تشخیص و درمان‌های پزشکی کمک کند، به‌ویژه زمانی که پزشکان به دنبال اطلاعاتی دقیق برای تصمیم‌گیری‌های بالینی هستند. ClinVar از سیستم ستاره‌ها برای نشان دادن میزان اطمینان در بررسی‌ها استفاده می‌کند که نشانگر سطح شواهد پشتیبان برای هر واریانت است.

سایر منابع بالینی بخش Clinical

دیگر منابع بالینی NCBI شامل MedGen و GTR هستند. MedGen، اطلاعات گسترده‌ای از فنوتیپ‌ها و وضعیت‌های پزشکی فراهم می‌کند و به پایگاه‌های دیگری همچون OMIM و PubMed متصل است. GTR (پایگاه دادهٔ آزمایش‌های ژنتیکی) داده‌های آزمایش‌های بالینی ژنتیکی را ارائه می‌کند و شامل اطلاعاتی دربارهٔ آزمایش‌های تشخیصی، پیشگیری و غربالگری ژنتیکی است. این پایگاه‌ها نه تنها به پزشکان در درک بهتر واریانت‌ها کمک می‌کنند، بلکه می‌توانند برای تحقیقات بالینی و مطالعات اپیدمیولوژی مفید باشند.

با استفاده از این پایگاه‌ها، بخش بالینی NCBI بستری مناسب برای تحقیقات و مطالعات بالینی فراهم کرده و امکان دسترسی سریع و آسان به داده‌های ژنتیکی و ارتباط آن‌ها با بیماری‌ها را برای محققان و متخصصان بالینی تسهیل می‌کند. این اطلاعات به‌ویژه در زمینهٔ پزشکی شخصی‌سازی‌شده و استفاده از ژنتیک برای درمان‌های خاص اهمیت دارد.

بخش PubChem در سایت مرکز ملی اطلاعات زیست‌فناوری

بخش PubChem در پایگاه داده‌ NCBI یک منبع جامع برای اطلاعات شیمیایی و زیستی است که در سال ۲۰۰۴ توسط مؤسسه ملی سلامت ایالات متحده (NIH) ایجاد شد. این بخش شامل سه پایگاه اصلی با نام‌های Compounds ،Substances و BioAssay است که به ترتیب اطلاعاتی درباره ترکیبات خالص شیمیایی، مواد و نتایج زیست‌سنجی‌ها را در بر دارند. این داده‌ها با همکاری بیش از ۱۰۰ سازمان و بیش از ۶۰۰ منبع جهانی جمع‌آوری می‌شوند که به صورت پویا به‌روزرسانی می‌گردد.

PubChem به کاربران اجازه می‌دهد تا ترکیبات شیمیایی را با استفاده از ویژگی‌هایی مانند فرمول مولکولی، شناسه SMILES، و InChI جستجو کنند. همچنین ابزاری به نام PubChem Sketcher دارد که برای طراحی و اصلاح ساختارهای شیمیایی به کار می‌رود. PubChem علاوه بر اطلاعات ساختاری، داده‌های متنوعی از جمله ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی، داده‌های ایمنی، اطلاعات زیست‌فعالیت، و آزمون‌های زیستی را برای ترکیبات مختلف فراهم می‌کند. از دیگر ویژگی‌های مهم آن LCSS (Laboratory Chemical Safety Summary) است که اطلاعات جامعی درباره ایمنی ترکیبات شیمیایی در محیط آزمایشگاهی ارائه می‌دهد و به کاربران در شناخت مخاطرات ایمنی کمک می‌کند.

این پایگاه داده به دلیل گستردگی و جامعیت، در پژوهش‌های مختلف شیمیایی، زیستی، و دارویی به کار می‌رود و امکان پیوند دادن به دیگر پایگاه‌های NCBI مانند PubMed را نیز فراهم می‌کند، به‌طوری که کاربران می‌توانند اطلاعات متنی و زیست‌فعالیت ترکیبات را به صورت یکپارچه مرور کنند. PubChem به ویژه در پژوهش‌های مرتبط با کشف داروهای جدید بسیار کارآمد است و با استفاده از نتایج زیست‌سنجی‌های موجود در بخش BioAssay، پژوهشگران می‌توانند اثرات زیستی ترکیبات مختلف را بررسی و تحلیل کنند.

چالش‌ها و آینده NCBI

با وجود دستاوردهای فراوان NCBI، این مرکز با چالش‌هایی نیز مواجه است. یکی از این چالش‌ها، حفظ و به‌روز نگه داشتن حجم عظیم داده‌های بیولوژیکی است که در حال حاضر در NCBI ذخیره می‌شود. علاوه بر این، با پیشرفت‌های سریع در زمینه فناوری‌های زیستی و بیوانفورماتیک، NCBI باید تلاش کند تا ابزارها و منابع خود را به‌طور مداوم به‌روز کرده و به نیازهای جدید پژوهشگران پاسخ دهد.

نتیجه‌گیری

NCBI یک منبع اساسی برای دانشمندان و محققان در سراسر جهان است که به تحقیق و پیشرفت در علوم زیستی کمک کرده و داده‌های ژنتیکی و بیولوژیکی را به‌طور رایگان در اختیار کاربران قرار می‌دهد. این مرکز با ابزارها و سرویس‌های قدرتمند خود، به پیشرفت تحقیقات ژنتیکی، دارویی، پزشکی و بیوانفورماتیک کمک کرده و به‌طور قابل توجهی علم زیست‌شناسی را تسریع کرده است. در آینده، با توجه به سرعت پیشرفت‌های علمی و فناوری، NCBI احتمالاً نقش بیشتری در تسهیل تحقیقات زیستی ایفا خواهد کرد.

سوالات متداول