Obliczenia w biologii

Nie od dziś wiadomo, że komputery wdarły się do niemalże wszelkich gałęzi nauki znacznie przyspieszając i ułatwiając pracę badaczom. Nie ominęło to również biologii, do której komputeryzacja wtargnęła już w 1983 roku. Właśnie wtedy Russell Doolittle i jego współpracownicy przeglądając zwyczajne wydruki komputerowe dokonali odkrycia, które naruszyło fundamenty zamkniętego dotychczas na wszelkie innowacje światka biologii molekularnej. Nie wykonując jakichkolwiek eksperymentów wspomniany naukowiec był w stanie wykazać, że istnieje podobieństwo pomiędzy dwoma odrębnymi makrocząsteczkami zaangażowanymi w różnych obszarach biologii - nowotworowym genem sis i komórkowym czynnikiem wzrostu. Doolittle zauważył jedynie, że sekwencje DNA tego szczególnego nowotworu i cząsteczki białka katalizującego wzrost komórki są dokładnie takie same. Wynikało z tego, że geny nowotworowe powodują nienormalny wzrost komórek.

Hermetyczny światek biologów był tym odkryciem wstrząśnięty na tyle, że pojawiły się głosy, że nie można przecież dokonać odkrycia w biologii wpatrując się w ekran monitora. Biologia polega na wpatrywaniu się, ale w ciało rośliny czy zwierzęcia. Mimo jednak tak skrajnych opinii od tego czasu właśnie możemy mówić o rozwoju automatyzacji i komputeryzacji w biologii.

Dzięki temu możliwe było wprowadzenie obliczeń komputerowych do procesu sekwencjonowania DNA. Nie było już konieczne w tych badaniach stosowanie probówek pełnych białek. Oczywiście wymagało to pewnego rodzaju przekwalifikowania naukowców zajmujących się do tej pory jedynie mieszaniem białek w probówkach. Musieli oni w krótkim czasie nauczyć się obsługi maszyn liczących. Ale postęp jak widać jest znaczący. Wielu naukowców spekulowało na temat rozszyfrowania ludzkiego genomu. W 1997 roku twierdzili oni zgodnie, że nie nastąpi to wcześniej niż w 2005 roku. Jak widać pomylili się. Genom ludzki rozszyfrowano już w ubiegłym roku zarówno dzięki niesamowitemu postępowi w szybkości liczenia za pomocą komputerów, jak również dzięki zdrowej rywalizacji firm uczestniczących w rozszyfrowywaniu i liczących przy tej okazji w sposób zupełnie uzasadniony na krociowe zyski.

Zdrowy rozsądek jednak wziął górę i nikt dziś nie musi ponosić horrendalnych opłat za wykorzystanie mapy ludzkiego genomu do swoich dalszych badań naukowych.

Jak za mniej więcej 20 lat będzie wyglądał proces sekwencjonowania DNA? Wielu uczonych sądzi, że w przyszłości sekwencjonowaniem DNA będą zajmować się bio-chipy oraz chipy-DNA. Oba te rodzaje chipów są osiągnięciami powstałymi z połączenia sił dwóch – chyba najważniejszych – rewolucji naukowych – rewolucji komputerowej i rewolucji biomolekularnej.

Bio-chipa zaprojektowano specjalnie do wykrywania podobieństw pomiędzy nieco tylko różniącymi się między sobą ludzkimi genami. Istnieje już pierwszy, najprostszy bio-chip. Został zaprojektowany w Caltech, ma pół centymetra średnicy i 400 tysięcy tranzystorów. Jest pięć tysięcy razy szybszy od stacji roboczej Sun Sparcstation.

Chip-DNA jest natomiast mikroprocesorem, który będzie mógł niemal natychmiast przebadać wybrane geny w DNA danego człowieka. Mikroprocesory te będą w stanie, gdy już wkrótce znajdą się w handlu, w ciągu kilku godzin przeprowadzać testy na obecność wirusa HIV, możliwość wystąpienia którejś z chorób genetycznych itp.

Zapowiada się poważna rewolucja w diagnostyce, skoro za pomocą jednego tylko małego mikroprocesora będzie można określić, czy pacjent jest zdrowy, czy chory, a jeśli chory to na jaką chorobę cierpi. Nie będą już potrzebne żmudne analizy laboratoryjne próbek krwi, śliny, wymazów z ran i tak dalej.

Clifford