education - חינוך המינהל למדע וטכנולוגיה - חינוך מדעי טכנולוגי
 
 
 
פורטל התוכן החינוכי
צרו קשר
לאתר המינהל
 
 
 
 
 
למידת חקר מתוקשבת בביואינפורמטיקה
 
 

מהי ביואינפורמטיקה |  התכנית "ביואינפורמטיקה בשירות הביוטכנולוגיה"

 

מהי ביואינפורמטיקה?

הביואינפורמטיקה היא תחום מדעי ההולך וצובר תאוצה, המושתת על תחומים מדעיים אחרים שהעיקריים ביניהם הם מדעי החיים, מדעי המחשב וטכנולוגיות מידע.

 

התפתחותו של התחום נובעת בעיקר מההתקדמות הטכנולוגית המואצת במדעי החיים, בעיקר ברמה המולקולרית והגנומית, שהביאה להצטברות עצומה של פרטי מידע ברמה זו. כדי להנגיש מידע זה נוצר הצורך לאחסן ולארגן אותו כך שניתן יהיה לחפש, להשוות, להציג ולנתח אותו במהירות ובקלות, וזאת באמצעות טכנולוגיות מתקדמות מתחומי מדעי המחשב וטכנולוגיות מידע

 


 

הביואינפורמטיקה מתבססת על שני מרכיבים עיקריים: מאגרי מידע שהם למעשה מסדי נתונים וכלים שהם למעשה תוכנות מחשב  המאפשרות חיפוש, הצגה, השוואה וניתוח של מידע.
מאגרי המידע והכלים הביואינפורמטיים מאורגנים תחת קורת גג אחת,  והם נגישים לכל דורש:
 

  NCBI - National Center for Biotechnology Information


הביואינפורמטיקה  מובילה לא רק למהפכה בתחומי הביולוגיה המולקולרית והביוטכנולוגיה, אלא גם משפיעה על  אופן  ביצוע המחקר בתחומים אלו. בשנים האחרונות המחקר בתחומי מדעי החיים משלב  יותר ויותר מחקר ניסויי עם מחקר ביואינפורמטי.

 


 

שילוב מעין זה מאפשר התמודדות מושכלת יותר עם שאלות מחקר מורכבות ומגוונות ומניב תובנות חדשות המאפשרות פיתוחים ביוטכנולוגיים מרחיקי לכת בתחומים כמו: רפואה, פיתוח תרופות, חקלאות מתקדמת, מזון ואיכות הסביבה.
 


 

התכנית "ביואינפורמטיקה בשירות הביוטכנולוגיה":


על מנת למדל מחקר מדעי אותנטי כבר ברמת ביה"ס התיכון, לימודי המעבדה  במגמת הביוטכנולוגיה מושתתים על שני מרכיבים: חקר ניסויי וחקר מתוקשב. החקר המתוקשב כולל חקר ביואינפורמטי.


החקר הביואינפורמטי מבוסס על תכנית לימודים הנקראת "ביואינפורמטיקה בשירות הביוטכנולוגיה" ומתבצע באמצעות סביבת למידה מתוקשבת שפותחה במיוחד לצורך זה.

 

מאפייני התכנית:

 

1) התלמיד מתמודד עם סיפורי מסגרת אותנטיים בנושאים רלוונטיים מעוררי עניין

    (מיגור מגפות, פיתוח תרופות, חיפוש מרפא למחלות תורשתיות, לוחמה  

    ביולוגית ועוד).

 

2) התלמיד מתנסה בשימוש מושכל במידע המצוי במאגרי מידע מדעיים

    אותנטיים ובכלים ביואינפורמטיים לאחזור, השוואה ופענוח מידע זה.

 

 

מאגרי מידע - Database (הקליקו על התמונה):

 

                             

רצפי נוקלאוטידים           רצפי חומצות אמינו              גנומים 

 

           

מבנים מרחביים             ספרות מדעית

 

כלים - Tools (הקליקו על הכלים לקבלת סרטון ההסברה המופיע בסביבת הלמידה):

 

Entrez - מנוע חיפוש (על פי שאילתת טקסט)                                       

Blast - מנוע חיפוש (על פי שאילתת רצף)

Clustalw - כלי להשוואת ( העמדת) רצפים                                

Primer3plus - כלי לתכנון תחלים

Orf Finder - כלי לחיזוי מסגרת קריאה פתוחה

Prosite - כלי המשמש לניבוי תפקודו ופעילותו של חלבון (זיהוי מוטיבים מבניים ותפקודיים)

Jmol - כלי המשמש להצגת מודלים מבניים של מולקולות

 

3) התלמיד מבצע הלכה למעשה  חקר מתוקשב.

 

תרשים זרימה לתהליך חקר ביואינפורמטי

                         

 

דוגמא לתהליך החקר בפעילות "מוטציות מצילות חיים":

 

בעיית המחקר

מלריה היא מחלה זיהומית הנגרמת על ידי טפיל חד-תאי החודר לגוף האדם בעת עקיצת נקבת יתוש האַנוֹפֶלֶס, התוקף את תאי הכבד ומתרבה בתוכם. בכל שנה מדווחים כ-500-300 מיליון מקרים של מלריה שמהם מתים כ-2 מיליון בני אדם.
ישנם אנשים בעלי עמידות למחלת המלריה. נמצא כי אנשים החולים באנמיה חרמשית הם בעלי עמידות למחלת המלריה. אצל החולים באנמיה חרמשית קיימת מוטציה הגורמת לשינוי במבנה ההמוגלובין (חלבון  S בתת-יחידה בטא) שהוא החלבון העיקרי לנשיאת חמצן בתאי יונקים.

 

אז... מה נחפש?

נחפש מוטציות נוספות בגן ההמוגלובין בטא שמקנות אף הן עמידות למלריה, אולם בניגוד להמוגלובין S, הן אינן גורמות למחלת אנמיה חרמשית.

 

אז...היכן לחפש?

במאגר נוקלאוטידים.

 

אז...איך נחפש?

באמצעות מנוע החיפוש Entrez  נחפש במאגרי מידע את רצף הגן המקודד לתת-היחידה בטא של חלבון ההמוגלובין.
באמצעות הכלי ClustalW המשמש להשוואת רצפים, נאתר מוטציות ברצף תת-היחידה בטא של חלבון ההמוגלובין.

 

ניתוח התוצאות

מהשוואת רצף הגן המכיל את אלל C המצוי אצל ילדים (בעלי פעילות תקינה של תאי דם) המגלים עמידות למלריה, עם רצף הגן המכיל את אלל A המצוי אצל ילדים (בעלי פעילות תקינה של תאי דם) המגלים רגישות למלריה, מצאנו מוטציה נקודתית בנוקלאוטיד שבעמדה 19. במוטציה זו קיים נוקלאוטיד A המכוון לחומצה אמינית ליזין במקום הנוקלאוטיד G המכוון לחומצה גלוטמית.

 

מה הלאה? (מחקר המשך)

מציאת מוטציה נקודתית אצל נבדקים המגלים עמידות למלריה ופעילות תקינה של תאי דם, תהווה בסיס למחקר המשך שיעסוק בהבנת המנגנון שבעזרתו שינוי זה מביא לעמידות בפני מלריה. הבנת המנגנון תוכל לשמש בעתיד לפיתוח חיסון למחלת המלריה.

 

4) התלמיד מפתח תובנות למורכבות מחקר מדעי-יישומי ולשילוב המרתק בין מידע ניסויי חדש למידע קיים במאגרי מידע.


 

 
 
 
    תאריך עדכון אחרון:  15/01/2014  

עדכוני rss