انفورماتیک، انفورماتیک پزشکی و بیوانفورماتیک چیست؟

حتما تاکنون کلمه انفورماتیک به گوشتان خورده است و معنای آن ذهن شما را درگیر خود کرده است. در فرهنگ معین معنای کلمه انفورماتیک به این شکل بیان شده است: دانش دریافت و انتقال اطلاعات (کامپیوتر)، داده ورزی. این معنا بسیار کلی است و امروزه، انفورماتیک زمینه های بسیار گسترده تری را در بر می گیرد. از انفورماتیک در کسب و کارها تا پزشکی و … . در این مقاله از وبلاگ پرداخت قبض قبضینو با هم انفورماتیک، انفورماتیک پزشکی و بیوانفورماتیک را بیشتر بررسی می کنیم و به جنبه های مختلف آن نگاهی می اندازیم.

انفورماتیک چیست؟

رشته انفورماتیک، علم اطلاعات و پردازش اطلاعات مهندسی سیستم های اطلاعاتی است. انفورماتیک، داده ها و اطلاعات را به دانشی که افراد میتوانند هر روز استفاده کنند تبدیل میکند. انفورماتیک ساختار و الگوریتم های رفتار و اثر متقابل سیستم های مصنوعی و طبیعی که به دنبال ذخیره سازی و پردازش و دسترسی و نقل و انتقال اطلاعات را بررسی می کند. همچنین تقابل انسان و رایانه را نیز مورد بررسی قرار می دهد. بنابراین انفورماتیک زمینه ای بسیار گسترده دارد و بسیاری از تخصص ها مثل علوم کامپیوتر، سیستم های اطلاعاتی، فناوری اطلاعات و علم آمار و احتمالات را در بر می گیرد. 

از زمان پیشرفت کامپیوترها، افراد و سازمان های بسیاری اطلاعات خود را به صورت دیجیتالی پردازش می کنند. این امر منجر به گسترش علم انفورماتیک در زمینه محاسبات ریاضی و کامپیوتری، زیست شناختی، علوم اجتماعی از جمله مطالعه تاثیر فناوری اطلاعات بر جامعه شد. 

در سال  1956 کارل استین بوخ ( Karl Steinbuch ) متخصص کامپیوتر، کلمه انفورماتیک ( Informatik ) را با انتشار مقاله ای با همین نام معرفی کرد. در سال 1966 کلمه انفورماتیک ( Informatika ) به معنای علم کامپیوتر یا علم محاسبات و در سال 1967 در انگلیس با نام Informatics معرفی شد. توجه خاص به موضوع انفورماتیک در فاصله سال های 1979 تا 1984 آغاز شد. 

از زمان استفاده از این اصطلاح، تغییرات مهمی در زمینه انفورماتیک و سیستم های اطلاعاتی ایجاد شده است.

اول: محدودیت های موجود در علم اطلاعات از میان برداشته شد.

دوم: از زمانی که اطلاعات به صورت دیجیتالی نگهداری می شوند، محاسبات مهم ترین بخش انفورماتیک هستند.

سوم: پردازش و ارتباط اطلاعات به عنوان ابزار تحقیق اضافه شدند. این ابزرا تحقیق به عنوان بخش مهم و اساسی علم انفورماتیک در نظر گرفته شدند.

وجه تمایز میان انفورماتیک و علوم کامپیوتر در این است که انفورماتیک روی مطالعه زیست شناختی و مکانیزم های اجتماعی پردازش اطلاعات نیز تمرکز می کند، در حالی که علوم کامپیوتر فقط روی محاسبات دیجیتالی تمرکز می کنند. 

انفورماتیک در دانشگاه

تحصیلات آکادمیک و دانشگاهی در زمینه انفورماتیک در رشته های مختلفی همچون علوم کامپیوتر، فناوری اطلاعات، سیستم های اطلاعاتی، مدیریت اطلاعاتی کسب و کارها و انفورماتیک پزشکی وجود دارد. 

نحستین مدرک تحصیلی درجه اول انفورماتیک در سال 1960 در فرانسه اعطا شد. دانشگاه پلی تکنیک Plymouth انگلستان در سال 1982 یک دوره 4 سال کارشناسی در این رشته را با 35 دانشجوی ورودی بنا نهاد. 

در دانشگاه انفورماتیک، کامپیوتر و مهندسی هند ( Indiana University School of Informatics, Computing, and Engineering )، انفورماتیک به عنوان یک هنر، علم و بعد انسانی فناوری اطلاعات تعریف می شود. 

دانشگاه زنان تگزاس نیز مدرک انفورماتیک خود را زیر مجموعه دانشکده علوم ریاضی و کامپیوتر قرار داده است. 

دانشگاه ادینبورگ، انفورماتیک را شامل مطالعه ساختار، رفتار، و تعامل نظام های محاسباتی طبیعی و مصنوعی می داند.

انفورماتیک پزشکی

انفورماتیک پزشکی، نوعی از مهندسی اطلاعات است که در زمینه سلامتی به ویژه مدیریت و استفاده از اطلاعات پزشکی بیماران کاربرد دارد. این زمینه از انفورماتیک از فناوری اطلاعات پزشکی برای توسعه، پیشرفت و بهبود خدمات سلامتی استفاده می کند تا خدماتی با کیفیت بالاتر، کارایی بهتر، هزینه کمتر و فرصت های جدیدتر ارائه شود. 

انفورماتیک پزشکی در واقع طراحی، بهبود و استفاده از نوآوری های IT ( فناوری اطلاعات ) در خدمات مراقبتی و سلامتی است. انفورماتیک پزشکی از منابع، دستگاه ها و روش های مورد نیاز جهت بهینه سازی، جمع آوری، نگهداری، بازیابی و به کارگیری اطلاعات در سلامت و امور پزشکی و دارویی استفاده می کند. 

ابزارهای انفورماتیک پزشکی شامل کامپیوتر، راهنمایی های بالینی، اصطلاحات پزشکی و سیستم های اطلاعاتی و ارتباطی است. این شاخه از انفورماتیک با بخش های مختلفی همچون پزشکی، پرستاری، داروسازی، دندان پزشکی، سلامت عمومی، فیزیوتراپی و تحقیقات بیومدیکال سر و کار دارد. 

انفورماتیک پزشکی سعی دارد تا با استفاده از آنالیز، طراحی، پیاده سازی و ارزیابی اطلاعات و سیستم های ارتباطی سلامت افراد و جامعه را بهبود ببخشد، رسیدگی به بیماران را با کیفیت تر کند و روابط میان پزشک و بیماران را نیز تحت تاثیر قرار دهد. 

انفورماتیک پزشکی روی موارد زیر تمرکز کرده است: 

• ارزیابی اطلاعات و دانش مورد نیاز متخصصان مراقبت های بهداشتی، بیماران و خانواده های آنان
• توصیف، ارزیابی و اصلاح فرآیند های بالینی
• توسعه، پیاده سازی و اصلاح سیستم های پشتیبانی تصمیم گیری
• هدایت و یا شرکت در سفارش، تهیه، توسعه، مدیریت، ارزیابی و بهبود مستمر سیستم های اطلاعاتی

محوریت اصلی انفورماتیک پزشکی بیماران هستند. 

بیوانفورماتیک

 زیست‌داده‌ورزی یا بیوانفورماتیک دانش استفاده از علوم کامپیوتر و آمار و احتمالات در شاخه زیست‌شناسی مولکولی است. بیوانفورماتیک یک دانش بین رشته‌ای است که شامل روش‌ها و نرم افزارهایی برای فهم و درک اطلاعات زیستی است. بیوانفورماتیک به عنوان یک دانش بین رشته‌ای، به منظور تجزیه و تحلیل و تفسیر اطلاعات زیست‌شناسی، از ترکیب علوم کامپیوتر، آمار، ریاضی و مهندسی استفاده می‌کند. به عبارتی دیگر از بیوانفورماتیک برای تجزیه و تحلیل درون کامپیوتریِ مسائل زیست‌شناسی با تکنیک‌های ریاضی و آمار استفاده می‌شود. پائولین هوگوگ و بن هسپر بیوانفورماتیک را در سال 1970 برای اشاره به مطالعه در زمینه پردازش اطلاعات و سیستم‌های زنده اختراع کردند که با مفهوم امروزی آن کاملا متفاوت است. 

بیوانفورماتیک از برنامه‌ریزی‌های کامپیوتری جهت تجزیه و تحلیل اختصاصی ژنومیک استفاده می‌کند. ژنومیک (به فرانسوی: génomique ) شامل تجزیه و تحلیل داده‌ها و اطلاعات ژنتیکی به‌خصوص ژنوم موجودات است. ژنوم توالی کل DNA موجود در سلولهای یک جاندار است که به‌عنوان ماده ژنتیکی عمل می‌نماید و سبب بروز صفات وراثتی (فنوتیپ) می‌شود.

از دیگر کاربردهای متداول بیوانفورماتیک، شناسایی چند شکلی‌های تک نوکلئوتیدی (SNPs) و ژن‌های کاندید است. بیوانفورماتیک همچنین به دنبال فهم بیشتری از اصول ساختاری نوکلئیک اسیدها و توالی پروتئین‌ها در قالب علم پروتومیک می‌باشد. در زیست‌شناسی مولکولی تجربی، تکنیک‌های بیوانفورماتیک مانند پردازش سیگنال و تصویرسازی سه بعدی موجب می شود که مقادیر بالایی از اطلاعات خام بدست را به دست آوریم. بیوانفورماتیک همچنین نقش مهمی در تجزیه و تحلیل تنظیم و بیان ژن و پروتئین ایفا می‌کند.

واژه‌های بیوانفورماتیک و زیست‌شناسی محاسباتی اغلب به‌جای یکدیگر به‌ کار می‌روند. بیوانفورماتیک، به‌گونه مناسب‌تری به ایجاد و توسعه الگوریتم ها، تکنیک‌های محاسباتی و آماری و تئوری اشاره می‌کند که برای حل مسایلی رسمی و عملی به‌کار می‌روند و توسط مدیریت و تحلیل داده‌های زیست‌شناختی مطرح شده یا از آن الهام می‌گیرند. از طرف دیگر زیست‌شناسی محاسباتی به تحقیق مبتنی بر فرضیه در مورد یک مسئله خاص زیست‌شناسی با استفاده از پردازش رایانه می‌پردازد که با داده‌های عملی و شبیه‌سازی شده انجام می‌شود و با هدف اصلی کشف و توسعه دانش زیست‌شناختی همراه است. تحقیق در زیست‌شناسی محاسباتی، با زیست‌شناسی سیستم‌ها هم‌پوشانی‌هایی دارد. 

یک خط مشترک در بیوانفورماتیک و زیست‌شناسی محاسباتی، استفاده از ابزارهای ریاضی و آماری برای استخراج اطلاعات مفید از داده‌های تولیدشده توسط تکنیک‌های زیست‌شناختی با برون‌ده بالا نظیر توالی ژنوم است.

هدف اولیه بیوانفورماتیک افزایش سطح فهم و درک از فرآیندهای زیستی است و تمرکز آن در توسعه و کاربرد تکنیک‌های محاسباتی جامع به منظور کسب این هدف است برای مثال می‌توان به تشخیص الگو، داده کاوی، الگوریتم‌های یادگیری و تصویرسازی اشاره کرد. تلاش‌های تحقیقاتی گسترده‌ای در این زمینه شامل هم ترازی توالی، ژن یابی، گردآوری ژنوم، طراحی و کشف دارو، پیش‌بینی ساختار پروتئین، پیش‌بینی بیان ژن، برهم کنش پروتئین-پروتئین، مطالعات مربوط به ژنوم، مدلسازی تکامل و تقسیم سلولی در حال انجام است.

فعالیت‌های متداول در بیوانفورماتیک شامل نقشه‌کشی و آنالیز توالی‌های DNA و پروتئین، هم ترازی توالی‌های DNA و پروتئین به منظور مقایسه آن‌ها و ایجاد مدل‌های سه بعدی از ساختارهای پروتئین است.

از مهمترین فعالیت ها در بیوانفورماتیک تجزیه و تحلیل اطلاعات توالی است:

• پیدا کردن ژن‌ها در توالی‌های دی ان ای ( DNA ) 
• توسعهٔ روش‌های پیش‌بینی ساختار یا وظایف پروتئینهای تازه کشف شده و توالی‌های ساختاری RNA
• صف بندی پروتئین‌های مشابه و ایجاد درخت‌های نژادشناسی برای بررسی روابط تکاملی

از جمله مهم ترین زمینه های بیوانفورماتیک نیز می توان به موارد زیر اشاره کرد:

1 ) تحلیل توالی‌های ژنوم

در این زمینه بررسی می‌شود که آیا یک توالی به دست آمده برای یک DNA در برگیرندهٔ یک ژن هست یا خیر. اگر وجود دارد در کجای زنجیرهٔ DNA قرار دارد و آنزیمی که کد می‌کند چه نقشی در سلول یا فرایندهای حیاتی ایفا می‌کند.

2 ) پیش‌بینی ساختار سه بعدی پروتئین

کاربرد مولکول‌های بزرگ پروتئین بستگی زیادی به شکل فضایی و ساختار سه بعدی آن‌ها دارد. ژن‌ها با عملکرد پروتئین‌هایی که می‌سازند نقش خود را اعمال می‌کنند؛ بنابراین لازمهٔ شناخت کامل ژن‌ها، شناخت کامل پروتئین‌ها است. پیشرفت پروژه‌های پروتیوم به دلایل زیر کند است:

• هزینهٔ زیاد
• کندی روند تعیین توالی پروتئین‌ها
• مشکل بودن تعیین ساختار سه بعدی پروتئین‌ها در آزمایشگاه

دو اصل مهم برای تعیین ساختار سه بعدی پروتئین از روی توالی آن وجود دارد که هر کدام روش جداگانه‌ای ارائه می‌دهند:

1 ) پروتئین‌ها با توالی نسبتاً مشابه، شکل فضایی شبیه به هم پیدا می‌کنند. (جستجو برای یافتن توالی‌های مشابه)

2 ) شکل فضایی مولکول به گونه‌ای است که به حداقل سطح انرژی برسد (استفاده از قوانین شیمی، فیزیک و ترمودینامیک)

3 ) تحلیل کارکردی در سطح ژنوم

با به‌کارگیری روش‌های آماری پیشرفته و کلاستربندی، مسائلی چون بررسی هم‌زمان میزان فعالیت هزاران ژن در سلول، تحلیل نحوه تعامل تعداد زیادی پروتئین و تحلیل خصوصیات هزاران سلول جهش یافته در آن واحد حل شده‌اند. دانش مربوط به این بخش ژنوم‌شناسی کارکردی نام دارد و از دستاوردهای مهم در این زمینه می‌توان پیش‌بینی نقش و کارکرد ژن‌ها در سلول بدون نیاز به آنالیز داده‌های پروتئینی را نام برد.

4 ) ایجاد و مدیریت پایگاه‌های داده‌ای

داده‌های تولید شده در زیست‌شناسی مولکولی باید از طریق پایگاه در اختیار پژوهشگران قرار گیرد. نحوهٔ حصول اطمینان از صحت داده‌ها و چگونگی نمایش مفید داده‌ها از دغدغه‌های اداره کنندگان پایگاه‌های بزرگ بیوانفورماتیکی هستند.

5 ) مدل‌سازی ریاضی و فرایندهای حیات

یکی از اهداف مهم بیوانفورماتیک درک کامل سازوکار ارگانیسم‌های زنده در سطح مولکولی است. برای تحقق این هدف، تلاش می‌کنند فرایندهای خاص سلولی را شبیه‌سازی کرده و با یک پارچه‌سازی آن‌ها به یک سلول کامل برسند.

انفورماتیک، یک زمینه جدید و به سرعت درحال رشد است. انفورماتیک سبب بهبود تعامل بشر با رایانه ها می شود و در آینده جایگاهی بسیار اساسی در زندگی همگی ما خواهد داشت.