Tại sao tin sinh học được xem như công cụ nghiên cứu và học tập môn Sinh học?

Tin sinh học là gì?

Tin sinh học (bioinformatics) là một lĩnh vực khoa học sử dụng các công nghệ của các ngành toán học ứng dụng, tin học, thống kê, khoa học máy tính, trí tuệ nhân tạo, hóa học và hóa sinh (biochemistry) để giải quyết các vấn đề sinh học. Một thuật ngữ thường được dùng thay thế cho tin sinh học là sinh học tính toán (computational biology). Tuy nhiên, tin sinh học thiên về việc phát triển các giải thuật, lý thuyết và các kĩ thuật thống kê và tính toán để giải quyết các bài toán bắt nguồn từ nhu cầu quản lý và phân tích dữ liệu sinh học. Trong khi đó, sinh học tính toán thiên về kiểm định các giả thuyết (hypothesis) được đặt ra của một vấn đề trong sinh học nhờ máy tính thực nghiệm trên dữ liệu mô phỏng, với mục đích chính là phát hiện và nâng cao tri thức về sinh học (ví dụ: dự đoán mối quan hệ tương tác giữa các protein, dự đoán cấu trúc bậc 2 phân tử của protein, v.v.).

Những thông tin về sinh học phân tử đang được lưu giữ tại các ngân hàng gen quốc tế, trong đó có ba ngân hàng dữ liệu gen lớn nhất thế giới là World Gen Bank (Hoa kỳ), EMBL (Châu Âu), JDDB (Nhật Bản) lưu giữ hơn 9 tỷ dữ liệu về gen. Ngoài ra còn có ngân hàng dữ liệu về protein của Thụy Sĩ (Swiss Protein Database) lưu giữ thông tin về trình tự axit amin, các tính chất và chức năng sinh học của protein, mô hình cấu trúc phân tử của các loại protein. Các ngân hàng trên đều thuộc loại công cộng và có thể sử dụng miễn phí.

Sau khi phân lập và xác định trình tự gen, việc mô hình hoá cấu trúc không gian của gen phải nhờ công cụ Tin sinh học; xác định cấu trúc, trình tự của một loại protein trong tế bào, dự đoán mô hình một quá trinh sinh học... cũng là lĩnh vực của Tin sinh học. Tin sinh học và mạng internet có mối liên hệ chặt chẽ với nhau.

Một thuật ngữ thường được dùng thay thế cho Tin sinh học là Sinh học tính toán (computational biology). Tuy nhiên, chỉ có một ranh giới rất nhỏ về sự khác biệt giữa Tin sinh học và Sinh học tính toán, khác biệt đó có thể phát biểu như sau:

+ Sinh học tính toán tập trung vào phát triển và ứng dụng các phương pháp phân tích dữ liệu, lý thuyết, mô hình toán học và mô phỏng tính toán để nghiên cứu về sinh học, hành vi và hệ thống xã hội.

+ Trong khi đó, Tin sinh học tập trung vào nghiên cứu, phát triển hoặc ứng dụng các công cụ và phương pháp tính toán để mở rộng việc sử dụng dữ liệu sinh học, y tế, hành vi hoặc sức khỏe, bao gồm cả những dữ liệu để thu thập, lưu trữ, tổ chức, phân tích hoặc trực quan hóa dữ liệu đó

Tin sinh học hiện tại và tương lai gần

Tổ chức Lương thực Thế giới sử dụng tin sinh học để phát triển các ứng dụng giúp chống lại các bệnh truyền nhiễm (ví dụ như cúm gà) và để chống lại các đợt bùng phát và lây lan virus. Tập hợp và xử lý dữ liệu nhằm mục đích xây dựng kiến ​​thức để chiến đấu chống lại sự lây lan của bệnh tật. Tại Hà Lan, Học viện Veterinair Central (Wageningen UR) gần đây đã sử dụng các kỹ thuật này để xác định và phân tích trình tự bộ gen để có thể để xác định sự lây nhiễm virut H5N8 giữa các trang trại gia cầm khác nhau. Các nhà khoa học cũng có thể dự báo thời tiết cục bộ (chính xác lên đến 200 ha) bằng cách sử dụng hàng triệu quan sát thời tiết và mặt đất hàng ngày. Nông dân có thể sử dụng thông tin này để xác định khi nào sẽ là thời điểm tốt nhất để gieo hạt, canh tác hoặc thu hoạch. Quan sát thời tiết cục bộ trong một số tháng cũng có thể được sử dụng để ước tính năng suất của một mảnh đất cụ thể. Gia súc có thể được gắn chip và kết nối với internet (và ngân hàng dữ liệu) để theo dõi sức khỏe của chúng, góp phần tăng sản lượng.

Trong những năm gần đây, Tin sinh học phát triển mạnh, thu được nhiều thành tựu và có những ứng dụng trong thực tiễn. Thành tựu nổi bật của tin sinh học có thể là các chương trình máy tính dùng trong phân tích sinh học.