Adathalmok, genomok

Az informatika térhódítása, csakúgy, mint a tudomány számos más területén, a biológiai gondolkodásban is alapvető változásokat hozott. Nemcsak az adatok mennyiségét növelte meg hihetetlen mértékben, de az elektronikus tárolási forma és az internet jóvoltából lehetővé tette, hogy azok gyakorlatilag bárki számára hozzáférhetők legyenek. Az adatkezelés és az ismeretábrázolás új eszközei pedig sosem látott távlatokat nyitottak az élő szervezetek egységes rendszerként való vizsgálata, a rendszerbiológia előtt. Az Élet és tudomány Pongor Sándor bioinformatikust kérdezte.

Az informatikai módszerek és a biológia "összeházasításából" született bioinformatika az egyik legtöbbet emlegetett terület a biológia fiatal ágai közül, mégis sokaknak csak homályos elképzeléseik vannak róla. Elmagyarázná, pontosan mit is takar?

- A bioinformatika elsősorban a molekuláris biológia ismereteinek ábrázolásával foglalkozik. Már jóval kétszáz felett van azoknak a fajoknak a száma, amelyek esetében a teljes örökítőanyagot, a genomot megismertük, de az elektronikus adatbázisok a többi fajról is óriási mennyiségű adatot tartalmaznak. Az a kérdés, hogy hogyan lesz az adatokból értelmezhető információ, gyakorlati tudás. Ezzel a kérdéssel foglalkozik az új tudományos terület, a bioinformatika, amelynek mára több mint húsz szakfolyóirata van, évente legalább tíz tankönyve jelenik meg, és ami a legfontosabb, a legtöbb tudományegyetemen önálló tantárgyként oktatják. Egyetlen szakterület definíciója sem könnyű feladat - a bioinformatika talán leginkább egy általános, informatikai szemléletmódként írható le az élettudományokon belül. Akik bioinformatikával foglalkoznak, azok vagy az adatok értelmezésének új módszereit fejlesztik, vagy pedig a kutatási projektek infrastruktúráján dolgoznak. Ez utóbbira egyre nagyobb az igény, különösen a ma élenjárónak tartott kutatási területeken.

A bioinformatika vívmányai közül különösen nagy figyelmet kapnak az újfajta ismeretábrázolási, modellezési lehetőségek. Miért olyan fontos az élettudományokban az ismeretek ábrázolása, a szimbolikus leképezés?
- A élettudományok a legújabb időkig leíró jellegűek voltak, a megismert új fajok, ökoszisztémák, biokémiai vagy idegi mechanizmusok leírásával foglalkoztak. A nyolcvanas évekre tehető a tömeges adatgyűjtési módszerek megjelenése. A molekuláris biológiában megjelentek például a nagy teljesítményű szekvenálási módszerek, melyekhez a robottechnika és a számítástechnika is csatlakozott. Ezek révén lehetségessé vált egy-egy szervezet teljes örökítőanyagának elolvasása. A kilencvenes évek elejétől kezdve a leíró jelleget az élettudományokban is felváltotta a tömegesen előállított adatok értelmezése. Ahhoz, hogy az adatokhoz mind a kutatók, mind a számítógépek hozzáférhessenek, és a különféle szaktudományok között is kialakuljon az átjárhatóság, adatainkat rendszereznünk kell, vagyis meg kell szerveznünk például elektronikus adatbázisaink struktúráját. A hangsúly már rég nem az egyszerű adattároláson, hanem az intelligensen lehívható tudás tárolásán van. Ehhez pedig jól átgondolt fogalmi modellek kellenek.

A élesztőgomba GCN4 nevű fehérjeszekvenciájának részlete (felül) és térszerkezeti képe (alul).

Egy-egy szerkezet - legyen az az atom vagy a DNS-molekula - képi megjelenítése olykor önmagában is az adott tudományterület megváltozását jelentette. Mennyiben hozott változást, új szemléletmódot a biológiai tudományokban a bioinformatika?
- Elsősorban abban, hogy sokféle és zömében újszerű ábrázolásmódot alkalmaz. Egy fehérjemolekulának például ábrázolhatjuk a szekvenciáját (az építőkövek sorozatát), ami nem több, mint egy szövegre emlékeztető egyszerű karaktersorozat. De ábrázolhatjuk a térbeli alakját (konformációját) is, megjeleníthetjük mondjuk, a felszínét, vagy a molekula vázát, amelyek már háromdimenziós ábrázolások. Sőt, ha a fehérje funkciója érdekel bennünket, akkor kölcsönhatásainak hálózatát is ábrázolhatjuk, amely a matematikában ismert gráfokra emlékeztet. Vagyis a bioinformatikában nyelvi, térbeli és hálózati leírásokat is alkalmazunk.
Érdekes mindezt összehasonlítanunk a kémia molekula-fogalmával, ahol a vegyületeket atomok és kémiai kötések segítségével írjuk le. A bioinformatikában mind az alapelemek, mind pedig a kapcsolatok fogalmát általánosítottuk. Atomok helyett alapelemekként alkalmazhatjuk például a fehérjék építőköveit, az azokból felépülő szakaszokat, sőt, akár egész fehérje-alegységeket is. A kapcsolat pedig nemcsak kémiai kötés lehet, hanem térbeli szomszédság, vagy molekulák közti kölcsönhatás, esetleg fajok közötti ragadozó-zsákmány-viszony. A molekuláris biológiai adatok elemzéséhez mindezeket az általános leírásokat kezelni, osztályozni és csoportosítani kell tudnunk.