Η βιοπληροφορική είναι ένα πεδίο που χρησιμοποιεί υπολογιστές για την αποθήκευση και ανάλυση μοριακών βιολογικών πληροφοριών. Χρησιμοποιώντας αυτές τις πληροφορίες σε ψηφιακή μορφή, η βιοπληροφορική μπορεί στη συνέχεια να λύσει προβλήματα μοριακής βιολογίας, να προβλέψει δομές και ακόμη και να προσομοιώσει μακρομόρια. Με μια γενικότερη έννοια, η βιοπληροφορική μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να περιγράψει οποιαδήποτε χρήση των υπολογιστών για τους σκοπούς της βιολογίας, αλλά ο ειδικός ορισμός της μοριακής βιολογίας είναι μακράν ο πιο κοινός.
Στις αρχές του 21ου αιώνα, οι επιστήμονες άρχισαν να αναλύουν την αλληλουχία γονιδιωμάτων ολόκληρων ειδών και να τα αποθηκεύουν σε υπολογιστές, επιτρέποντας τη χρήση βιοπληροφορικής για τη μοντελοποίηση και την παρακολούθηση ορισμένων συναρπαστικών πραγμάτων. Μία από αυτές τις εφαρμογές είναι η εξαγωγή της εξελικτικής αλλαγής σε ένα είδος. Εξετάζοντας ένα γονιδίωμα και παρακολουθώντας πώς αλλάζει με την πάροδο του χρόνου, οι εξελικτικοί βιολόγοι μπορούν πραγματικά να εντοπίσουν την εξέλιξη καθώς συμβαίνει.
Η πιο γνωστή εφαρμογή της βιοπληροφορικής είναι η ανάλυση αλληλουχίας. Στην ανάλυση αλληλουχίας, αλληλουχίες DNA διαφόρων οργανισμών αποθηκεύονται σε βάσεις δεδομένων για εύκολη ανάκτηση και σύγκριση. Το καλά αναφερόμενο Πρόγραμμα Ανθρώπινου Γονιδιώματος είναι ένα παράδειγμα βιοπληροφορικής ανάλυσης ακολουθιών. Χρησιμοποιώντας τεράστιους υπολογιστές και διάφορες μεθόδους συλλογής αλληλουχιών, ολόκληρο το ανθρώπινο γονιδίωμα αλληλουχήθηκε και αποθηκεύτηκε σε μια δομημένη βάση δεδομένων.
Οι αλληλουχίες DNA που χρησιμοποιούνται για τη βιοπληροφορική μπορούν να συλλεχθούν με διάφορους τρόπους. Μια μέθοδος είναι να περάσετε από ένα γονιδίωμα και να αναζητήσετε μεμονωμένες αλληλουχίες για εγγραφή και αποθήκευση. Μια άλλη μέθοδος είναι απλά να αρπάξετε τεράστιες ποσότητες θραυσμάτων και να τα συγκρίνετε όλα, βρίσκοντας ολόκληρες ακολουθίες επικαλύπτοντας τα περιττά τμήματα. Η τελευταία μέθοδος, γνωστή ως shotgun sequencing, είναι σήμερα η πιο δημοφιλής λόγω της ευκολίας και της ταχύτητάς της.
Συγκρίνοντας γνωστές αλληλουχίες ενός γονιδιώματος με συγκεκριμένες μεταλλάξεις, μπορούν να συλλεχθούν πολλές πληροφορίες σχετικά με ανεπιθύμητες μεταλλάξεις όπως οι καρκίνοι. Με την ολοκληρωμένη χαρτογράφηση του ανθρώπινου γονιδιώματος, η βιοπληροφορική έχει γίνει πολύ σημαντική στην έρευνα των καρκίνων με την ελπίδα μιας τελικής θεραπείας.
Οι υπολογιστές χρησιμοποιούνται επίσης για τη συλλογή και αποθήκευση ευρύτερων δεδομένων σχετικά με είδη. Το έργο Species 2000, για παράδειγμα, στοχεύει στη συλλογή μεγάλου όγκου πληροφοριών για κάθε είδος φυτού, μύκητα και ζώου στη γη. Αυτές οι πληροφορίες μπορούν στη συνέχεια να χρησιμοποιηθούν για έναν αριθμό εφαρμογών, συμπεριλαμβανομένης της παρακολούθησης αλλαγών σε πληθυσμούς και βιομάζα.
Υπάρχουν πολλές άλλες εφαρμογές της βιοπληροφορικής, όπως η πρόβλεψη ολόκληρων πρωτεϊνικών κλώνων, η εκμάθηση του τρόπου έκφρασης των γονιδίων σε διάφορα είδη και η κατασκευή πολύπλοκων μοντέλων ολόκληρων κυττάρων. Καθώς η υπολογιστική ισχύς αυξάνεται και οι βάσεις δεδομένων μας με γενετικές και μοριακές πληροφορίες επεκτείνονται, η σφαίρα της βιοπληροφορικής είναι βέβαιο ότι θα αναπτυχθεί και θα αλλάξει δραστικά, επιτρέποντάς μας να δημιουργήσουμε μοντέλα απίστευτης πολυπλοκότητας και χρησιμότητας.