Obliczenia w biologii

Nie od dzi╢ wiadomo, ┐e komputery wdar│y siΩ do niemal┐e wszelkich ga│Ωzi nauki znacznie przyspieszaj▒c i u│atwiaj▒c pracΩ badaczom. Nie ominΩ│o to r≤wnie┐ biologii, do kt≤rej komputeryzacja wtargnΩ│a ju┐ w 1983 roku. W│a╢nie wtedy Russell Doolittle i jego wsp≤│pracownicy przegl▒daj▒c zwyczajne wydruki komputerowe dokonali odkrycia, kt≤re naruszy│o fundamenty zamkniΩtego dotychczas na wszelkie innowacje ╢wiatka biologii molekularnej. Nie wykonuj▒c jakichkolwiek eksperyment≤w wspomniany naukowiec by│ w stanie wykazaµ, ┐e istnieje podobie±stwo pomiΩdzy dwoma odrΩbnymi makrocz▒steczkami zaanga┐owanymi w r≤┐nych obszarach biologii - nowotworowym genem sis i kom≤rkowym czynnikiem wzrostu. Doolittle zauwa┐y│ jedynie, ┐e sekwencje DNA tego szczeg≤lnego nowotworu i cz▒steczki bia│ka katalizuj▒cego wzrost kom≤rki s▒ dok│adnie takie same. Wynika│o z tego, ┐e geny nowotworowe powoduj▒ nienormalny wzrost kom≤rek.

Hermetyczny ╢wiatek biolog≤w by│ tym odkryciem wstrz▒╢niΩty na tyle, ┐e pojawi│y siΩ g│osy, ┐e nie mo┐na przecie┐ dokonaµ odkrycia w biologii wpatruj▒c siΩ w ekran monitora. Biologia polega na wpatrywaniu siΩ, ale w cia│o ro╢liny czy zwierzΩcia. Mimo jednak tak skrajnych opinii od tego czasu w│a╢nie mo┐emy m≤wiµ o rozwoju automatyzacji i komputeryzacji w biologii.

DziΩki temu mo┐liwe by│o wprowadzenie oblicze± komputerowych do procesu sekwencjonowania DNA. Nie by│o ju┐ konieczne w tych badaniach stosowanie prob≤wek pe│nych bia│ek. Oczywi╢cie wymaga│o to pewnego rodzaju przekwalifikowania naukowc≤w zajmuj▒cych siΩ do tej pory jedynie mieszaniem bia│ek w prob≤wkach. Musieli oni w kr≤tkim czasie nauczyµ siΩ obs│ugi maszyn licz▒cych. Ale postΩp jak widaµ jest znacz▒cy. Wielu naukowc≤w spekulowa│o na temat rozszyfrowania ludzkiego genomu. W 1997 roku twierdzili oni zgodnie, ┐e nie nast▒pi to wcze╢niej ni┐ w 2005 roku. Jak widaµ pomylili siΩ. Genom ludzki rozszyfrowano ju┐ w ubieg│ym roku zar≤wno dziΩki niesamowitemu postΩpowi w szybko╢ci liczenia za pomoc▒ komputer≤w, jak r≤wnie┐ dziΩki zdrowej rywalizacji firm uczestnicz▒cych w rozszyfrowywaniu i licz▒cych przy tej okazji w spos≤b zupe│nie uzasadniony na krociowe zyski.

Zdrowy rozs▒dek jednak wzi▒│ g≤rΩ i nikt dzi╢ nie musi ponosiµ horrendalnych op│at za wykorzystanie mapy ludzkiego genomu do swoich dalszych bada± naukowych.

Jak za mniej wiΩcej 20 lat bΩdzie wygl▒da│ proces sekwencjonowania DNA? Wielu uczonych s▒dzi, ┐e w przysz│o╢ci sekwencjonowaniem DNA bΩd▒ zajmowaµ siΩ bio-chipy oraz chipy-DNA. Oba te rodzaje chip≤w s▒ osi▒gniΩciami powsta│ymi z po│▒czenia si│ dw≤ch – chyba najwa┐niejszych – rewolucji naukowych – rewolucji komputerowej i rewolucji biomolekularnej.

Bio-chipa zaprojektowano specjalnie do wykrywania podobie±stw pomiΩdzy nieco tylko r≤┐ni▒cymi siΩ miΩdzy sob▒ ludzkimi genami. Istnieje ju┐ pierwszy, najprostszy bio-chip. Zosta│ zaprojektowany w Caltech, ma p≤│ centymetra ╢rednicy i 400 tysiΩcy tranzystor≤w. Jest piΩµ tysiΩcy razy szybszy od stacji roboczej Sun Sparcstation.

Chip-DNA jest natomiast mikroprocesorem, kt≤ry bΩdzie m≤g│ niemal natychmiast przebadaµ wybrane geny w DNA danego cz│owieka. Mikroprocesory te bΩd▒ w stanie, gdy ju┐ wkr≤tce znajd▒ siΩ w handlu, w ci▒gu kilku godzin przeprowadzaµ testy na obecno╢µ wirusa HIV, mo┐liwo╢µ wyst▒pienia kt≤rej╢ z chor≤b genetycznych itp.

Zapowiada siΩ powa┐na rewolucja w diagnostyce, skoro za pomoc▒ jednego tylko ma│ego mikroprocesora bΩdzie mo┐na okre╢liµ, czy pacjent jest zdrowy, czy chory, a je╢li chory to na jak▒ chorobΩ cierpi. Nie bΩd▒ ju┐ potrzebne ┐mudne analizy laboratoryjne pr≤bek krwi, ╢liny, wymaz≤w z ran i tak dalej.

Clifford