Bioinformatica este un domeniu care utilizează computere pentru a stoca și analiza informațiile biologice moleculare. Folosind aceste informații într-un format digital, bioinformatica poate rezolva probleme de biologie moleculară, poate prezice structuri și chiar poate simula macromolecule. Într-un sens mai general, bioinformatica poate fi folosită pentru a descrie orice utilizare a computerelor în scopuri de biologie, dar definiția specifică biologiei moleculare este de departe cea mai comună.
La începutul secolului al XXI-lea, oamenii de știință au început să secvențieze genomurile speciilor întregi și să le stocheze pe computere, permițând utilizarea bioinformaticii pentru a modela și urmări o serie de lucruri fascinante. Una dintre aceste aplicații este deducerea schimbării evolutive la o specie. Examinând un genom și urmărind cum se schimbă în timp, biologii evoluționari pot urmări evoluția pe măsură ce se produce.
Cea mai cunoscută aplicație a bioinformaticii este analiza secvenței. În analiza secvenței, secvențele de ADN ale diferitelor organisme sunt stocate în baze de date pentru regăsire și comparare ușoară. Proiectul genomului uman, bine raportat, este un exemplu de bioinformatică a analizei secvenței. Folosind computere masive și diverse metode de colectare a secvențelor, întregul genom uman a fost secvențiat și stocat într-o bază de date structurată.
Secvențele de ADN utilizate pentru bioinformatică pot fi colectate în mai multe moduri. O metodă este de a parcurge un genom și de a căuta secvențe individuale pentru a le înregistra și stoca. O altă metodă este să luați pur și simplu cantități uriașe de fragmente și să le comparați pe toate, găsind secvențe întregi prin suprapunerea segmentelor redundante. Ultima metodă, cunoscută sub denumirea de secvențiere a puștilor, este în prezent cea mai populară datorită ușurinței și vitezei sale.
Prin compararea secvențelor cunoscute ale unui genom cu mutații specifice, se pot obține multe informații despre mutațiile nedorite, cum ar fi cancerele. Odată cu cartografierea completă a genomului uman, bioinformatica a devenit foarte importantă în cercetarea cancerelor în speranța unei eventuale remedii.
Calculatoarele sunt, de asemenea, folosite pentru a colecta și stoca date mai ample despre specii. Proiectul Species 2000, de exemplu, își propune să colecteze o cantitate mare de informații despre fiecare specie de plante, ciuperci și animale de pe pământ. Aceste informații pot fi apoi utilizate pentru o serie de aplicații, inclusiv urmărirea schimbărilor în populații și biomi.
Există multe alte aplicații ale bioinformaticii, inclusiv prezicerea catenelor întregi de proteine, învățarea modului în care genele se exprimă în diferite specii și construirea de modele complexe de celule întregi. Pe măsură ce puterea de calcul crește și bazele noastre de date cu informații genetice și moleculare se extind, domeniul bioinformaticii este sigur că se va dezvolta și se va schimba drastic, permițându-ne să construim modele de o complexitate și utilitate incredibile.