Вычислительная геномика

Вычисли́тельная гено́мика использует вычислительный анализ, чтобы расшифровать последовательности генома и связанные с ними данные, включая последовательности ДНК и РНК. Также вычислительная геномика может быть определена как раздел биоинформатики, но с тем отличием, что внимание уделяется анализу полных геномов (а не отдельных генов), чтобы понять принципы того, как различные ДНК управляют организмом на молекулярном уровне.

История

Вычислительная геномика начала своё развитие одновременно с биоинформатикой. В 1960-х годах Маргарет Дейхофф и другие в Национальном Биомедицинском Исследовательский фонде создали базы данных различных последовательностей белков для эволюционного исследования . В их исследовании строилось филогенетическое дерево, которое определило изменения, требующиеся для определенного белка, чтобы эволюционировать в другой белок. Это привело к созданию матрицы замен, которая оценивает вероятность связи одного белка с другим.

Начиная с 1980-х годов, стали появляться базы данных с геномными последовательностями, но при этом возникли новые проблемы при поиске и сравнении данных об отдельных генах. В отличие от алгоритмов поиска текстов, которые используются на веб-сайтах, при поиске генетического сходства необходимо выявлять последовательности, которые не обязательно идентичны, но и просто схожи. Это привело к появлению алгоритма Нидлмана — Вунша, который является алгоритмом динамического программирования для того, чтобы сравнить наборы последовательностей аминокислот друг с другом при использовании матриц замен, полученных в более раннем исследовании М.Дейхофф. Позже появился алгоритм BLAST, который позволяет осуществлять быстрый и оптимизированный поиск в базах данных последовательностей генов. BLAST и его модификации - одни из наиболее широко используемых алгоритмов для этой цели . Во многих алгоритмах локального выравнивания последовательностей используется алгоритм Смита-Ватермана. Он помогает сравнивать последовательности в небольших локусах. В нём также используются матрицы замен, а также бэктрекинг.

Появление фразы "вычислительная геномика" совпадает с появлением полных аннотированных геномов во второй половине 1990-х годов. Первая ежегодная конференции по вопросам вычислительной геномики была организована учеными из Института геномных исследований (TIGR) в 1998, обеспечивая форум для этой специальности и эффективно отличая эту область науки от более общих областей геномики или вычислительной биологии . Впервые в научной литературе этот термин, согласно MEDLINE, был использован одним годом ранее (в журнале Nucleic Acids Research ).