زیست شناسی
همه چيز درباره موجودات زنده
ریاضیات زیستی یا بیومتمتیک biomathematics یک حوزه بین رشته ای از مطالعات آکادمیک است که دلالت می کند برمدلسازی طبیعی فرایندهای زیستی با استفاده از ابزارها و روشهای ریاضی.
این رشته ( بیومتمتیک ) هم کاربرد تئوریک و هم کاربرد عملی در تحقیقات بیولوژیکی دارد. کاربرد ریاضیات در زیست شناسی تاریخ طولانی دارد، اما اخیراً سروصدایی را در بین علاقمندان این حوزه ایجاد کرده است، به دلایل زیر: 1- سرو صدای ناشی از اطلاعات پرارزش حاصل از انقلاب ژنومیک که فهم آنها بدون بکارگیری ابزار تجزیه – تحلیلی بسیار مشکل است. 2- پیشرفت های اخیر ابزارهای ریاضی نظیر تئوری بی نظمی Chaos theory برای کمک به فهم مکانیزم های پیچیده وغیرخطی در زیست شناسی. 3- افزایش توان کامپیوتری که محاسبات و شبی سازی ها را برای انجام آنچه که در گذشته ممکن نبود امکان پذیر می کنند. 4- افزایش گرایش به آزمایشات مجازی (فضای کامپیوتری) به سبب عواقبی و مشکلاتی که ممکن است تحقیقات روی انسان یا حیوانات داشته باشد. به علت تنوع زیاد دانش های تخصصی ،تحقیقات بیومتمتیک اغلب با همکاری بین ریاضیدانان ، فیزیکدانان ، زیست شناسان ، پزشکان ، جانورشناسان و شیمیدانان انجام گرفته است. در زیر فهرست تعدادی از حوزه های تحقیقاتی ریاضات زیستی آورده شده است: - مدل سازی نورونها و کارسینوژنها - مکانیک بافتهای بیولوژیکی - مدلسازی و شبیه سازی سرطان - مدلسازی ریاضی چرخه سلولی - مدلسازی بیماریهای شریانی
روشهای ریاضی : یک مدل از سیستم بیولوژیکی بصورت یک دستگاه معادلات در می آید، (اگرچه کلمه مدل اغلب مترادف با دستگاه معادلات متناظر به کار می رود). حل این معادلات هم با وسایل تحلیلی وهم عددی چگونگی رفتارسیستم بیولوژیکی را تشریح می کند که آیا در حال تعادل است یا بیش از اندازه فعالیت می کند. انواع متفاوتی از معادلات وجود دارند و نوع رفتاری که می تواند واقع شود هم به مدل و هم به معادلاتی که به کار برده می شوند بستگی دارد. مدل اغلب فرضیه ها را درباره یک سیستم می سازد و معادلات هم ممکن است فرضیه های را درارتباط با طبیعت آنچه شاید اتفاق بیافتد بسازد. منابع : ترجمه از سایتهای گوناگون. لینکهای قابل استفاده : http://en.wikipedia.org/wiki/Mathematical_biology آپوپتوز نوعی از مرگ سلولی بصورت یکسری از مراحل ملکولی در یک سلول است که منجر به مرگ آن سلول می شود. این یک روش طبیعی بدن برای رها شدن از سلولهای غیر ضروری یا غیر طبیعی است. آپوپتوزیز مرگ برنامه ریزی شده هم نامیده شده است.
در شرایط اختصاصی آپوپتوز ، یکسری از اتفاقات بیوشیمیایی منجر به تغییرات مورفولوژیک می شود مانند برآمدگی های سلولی ( که غشاء سلول به سمت خارج برجسته می شود) ، از بین رفتن متعلقات غشاء پلاسمایی ، چروکیدگی سلول ، تجزیه هسته ، جمع شدن کروماتین و تکه تکه شدن ملکول DNA کروموزومی . آپوپتوزیز بیش از اندازه ، ممکن است موجب هیپو تروفی شود مانند بروز ایسکمی ( کم خونی موضعی). فرایند مرگ سلولی یک فرایند کاملا طبیعی است که حدود 100 سال پیش توسط دانشمندان کشف شده بود. کارل ووگت "Carl Vogt " دانشمند آلمانی اولین کسی بود که اصول مرگ سلولی را در سال 1842 تشریح کرد. والتر فیلیمینگ "Walther Flemming " آناتومیست در سال 1885 تشریح دقیقتری را از مرگ برنامه ریزی شده سلول ارائه داد. هر چند این موضوع تا سال 1965 که دوباره احیا شد مورد بحث قرار نگرفت. در این زمان جان فاکستون راس کر" John Foxton Ross Kerr "در حالیکه در بخش پاتولوژی دانشگاه کوینزلند در شهر بریسبان استرالیا با استفاده از میکروسکوپ الکترونی بافتها را تدریس می کرد بین آپوپتوزیز و مرگ سلولها در اثر جراحت تمایز قایل شد. آپوپتوز می تواند در سلولهای که بعد ازترمیم آسیب می بینند یا با ویروس آلوده می شوند یا سلولهایی که تحت فشار گرسنگی هستند اتفاق بیفتد. آسیب دیدن DNA در اثر اشعه یونیزه کننده یا مواد شیمیایی سمی هم ممکن است موجب تحریک آپوپتوز از طریق عمل بر روی ژن کنترل کننده تومور P53 شود. تصمیم برای آپوپتوز ممکن است از طرف خود سلول یا سلولهای اطراف یا از سوی سلولهایی که جزء سیستم ایمنی بدن هستند باشد. فرایند مرگ سلولی ممکن است در سلولهای سرطانی متوقف شود. اگر سلولی متحمل مرگ سلولی نشود در اثرجهش و یا بازداری بیوشیمیایی می تواند به تقسیمات خود ادامه دهد و به یک تومور تبدیل شود.
1- اگر تقسیم سلولی سریعتر از مرگ سلولی باشد تومور بوجود می آید. ۲- اگر تقسیم سلولی کندتر از مرگ سلولی باشد موجب از دست رفتن سلول می شود. بنابراین باید یک موازنه و تعادلی بین تقسیم سلولی و مرگ سلول وجود داشته باشد. فرایند آپوپتوز توسط محدوده ی گوناگونی از سیگنالهای سلولی کنترل می شود که این سیگنالها ممکن است از محرکهای داخل سلولی یا از محرکهای خارج سلولی ناشی شوند. محرکهای خارج سلولی ممکن است شامل هورمونها ، فاکتورهای رشد ، اکسید نیتروژن NO ویا سیتوکین ها شوند و بنابراین باید از عرض غشای پلاسمایی عبور کنند و اثر بگذارند. این سیگنالها بطور مثبت یا منفی موجب آپوپتوز می شوند. سیگنالهای داخل سلولی در واقع پاسخی هستند از طرف سلول به استرس ها و ممکن است در نهایت منجر به خودکشی سلولی شوند. اتصال گیرنده های هسته به گلیکو کورتیکوییدها ، گرما ، تشعشع ، محرومیت از تغذیه ، آلودگی ویروسی و هیپوکسی همه عواملی هستند که ممکن است منجر به ایجاد سیگنالهای داخل سلولی آپوپتوزتوسط سلولهای آسیب دیده شوند. شماری از اجزای سلولی مانند پلی ADP ریبوز پلی مراز poly ADP ribose polymerase همچنین ممکن است به تنظیم آپوپتوز کمک کند. قبل از اینکه فرایند مرگ سلولی توسط آنزیمها شروع شود ، علائم آپوپتوزیک باید بوسیله پروتئینهای تنظیمی به مسیر حقیقی مرگ سلولی متصل شوند. این مرحله به علائم آپوپتوزی اجازه می دهد که در مرگ سلولی به بیشترین مقدار خود برسند. سلولهای آپوپتوزی سرانجام همانند سلولهای فاگوسیتوزی توسط ماکروفاژها شناسایی و جمع آوری می شوند. منبع : ترجمه از سایتهای گوناگون. http://en.wikipedia.org/wiki/Apoptosis بیومیمتیک (Biomimetic) که به طور خلاصه طراحی با الهام از طبیعت گفته می شود یعنی با بهره گیری ازساختارهای زیست شناختی بتوانیم مدلهایی برای حل مشکلات و مسایل فنی خود بسازیم.
در حقیقت اساس این علم مدلهای طبیعی بیولوژیکی است که با مطالعه فیزیولوژی آنها می توانیم سیستمهای مدرن تکنولوژیک را بسازیم. طراحی هواپیما بر اساس ساختار بدن پرندگان ، ساخت زیردریایی از روی ساختار دلفین ها و یا رادارها با توجه به سیستم راداری خفاش ها و... مثالهایی از علم بیوممتیک یا بیونیک Bionic می باشند. در سایت www.thefreedictionary.com/Biomimetic بیومیمتیک بدین صورت تعریف شده است : مطالعه ساختار و عملکرد سیستم های بیولوژیکی به عنوان مدلی برای طراحی و مهندسی اجسام و مواد. بیونیک که برگرفته از دو واژه (بیولوژی و الکترونیک) می باشد براي اولين بار توسط دانشمند امريكائي بنام جك. اي. استيل در سال 1959 بكار برده شد، وي بيونيك را علم سيستمهايي كه شالوده و پايه تمامي سيستمهاي زنده است، ميداند. امروزه همه اختراعات بشر را می توان به نوعی بهره گرفته از مدلهای زنده دانست . کامپیوترها و روبوتهای دستیار که رفته رفته جای انسان را گرفته اند با توجه به مطالعه بر روی ساختارهای بیولوژیک ساخته شده اند.
محققان از آتلهای مصنوعیای استفاده کردند که با سلولهای پیوندها رشد نموده نسوج جدیدی را در «رباط صلیبی پیشین» (Anterior Cruciate Ligament) (ACL) آسیبدیده خرگوشها ایجاد میکند. این مطالعهها میتواند انقلابی جدید در استراتژیهای معالجهی بیمارانی باشد که از پارگی رباط (ACL) رنج میبرند. منبع : ترجمه از سایتهای مختلف. برای مطالعه بیشتر می توانید از لینکهای زیر استفاده کنید: /http://en.wikipedia.org/wiki/Bionics http://www.extra.rdg.ac.uk/eng/BIONIS مک کورد McCord و آلن Allen (1917) عصاره غده های پینئال پستانداران را که شامل عامل جمع کننده همه توان ملانوفورهای لارو دوزیستان می شد را یافتند. لارنر Larner و همکارانش ساختار شیمیایی این ماده را تعیین کردند و اسم آن را ملاتونین melatonin گذاشتند. این عامل ملانوفورها را در غلظتی کمتراز g/m 10-10جمع می کند. با برداشت غده پینه آل هم دوزیستان سالم و هم دوزیستان کور موقعی که در مکانی تاریک قرار می گیرند ، رنگ پریده می شوند و تجمع ملانوفورها در جاییکه این پاسخ به نور وجود دارد از بین می رود. پینئال دوزیستان شامل عناصر گیرنده نور می باشد که شبیه به چشمهای جانبی مهره داران می باشند و این عناصر گیرنده نوربا وجود نورمخفی می شوند ولی در غیاب آن تحریک می شوند.
شواهدی مبنی بر وجود هم HIOMT و هم ملاتونین در پینئال دوزیستان وجود دارد. پیشنهاد شده است که پاسخ رنگ پریده گی بدن از تحریک مستقیم پینئال در وضعیت تاریکی جهت افزایش ملاتونین به داخل گردش عمومی بدن نتیجه می شود زمانیکه مسسول مستقیم تجمع روی ملانوفورهای پوستی است. اثرات سیتوفیزیولوژیکی ملاتونین از همان پاسخ رنگ پریدگی تبعیت می کند. از آنجاییکه نه هورمون و نه هیچ عامل داروشناختی دیگری این پاسخ را تکثیر نمی کند ، این یک شاهد قوی بر این است که ملاتونین هورمونی است که رنگ پریدگی بدن را تنظیم می کند.شواهد دیگری هم برای این فرضیه وجود دارد. ملاتونین نقشی عادی را در لاروهای جوان در تنظیم پاسخ به نور که در تاریکی رخ می دهد (پاسخ اتفاقی اولیه ) بازی می کند. نه ملاتونین و نه پینئال نقشی در مرحله بعد در پاسخ تطابقی دوزیستان ندارند. مک کورد و آلن همچنین اشاره کردند ، پینئال ممکن است شامل مواد دیگری باشد که نقشهای فیزیولوژیکی دیگری را دردوزیستان همانند دیگرمهره داران بازی کند.
ترجمه از سایت : http://www.oxfordjournals.org/subject/life_sciences// پروتئومیک ( proteomic ) دانش بررسی ساختار و عملکرد پروتئینها در مقیاس بزرگ است. این واژه را به قیاس ژنومیک (به معنی دانش بررسی ژنها) ساختهاند. با تکمیل پروژه ژنوم انسان مشخص شد که مکانیسم مولکولی رفتار سلولها در شرایط مختلف را نمیتوان از روی توالی ژنهای آنها پیشگویی کرد. رفتار سلولی و تمام فعالیتهایی که در سلول انجام میشود بر عهده پروتئین ها است. در واقع برای ارتباط ژنوم با رفتار سلولها باید پروتئینهای سلولها را شناخت. به کلیه پروتئینهایی که در یک سلول در یک زمان مشخص بیان میشود، پروتئوم آن سلول گفته میشود و این پروتئوم است که فاصله بین ژنوم و مکانیسم مولکولی رفتار سلولی را پر میکند. برخلاف ژنوم، برای هر اورگانیسم نمیتوان یک پروتئوم واحد تعریف کرد. پروتئوم سلولهای مختلف با یکدیگر متفاوت اند. یعنی سلولها علاوه بر پروتئینهای ضروری که در همه انواع سلولها بیان میشوند، دارای یکسری پروتئینهای اختصاصی نیز هستند. از این رو بهتر است پروتئوم را برای هریک از انواع سلولها تعریف نمود. با این حال پروتئوم یک نوع سلول نیز همیشه ثابت نیست. سلول در برابر شرایط مختلف محیطی و پیامهایی که از سلولهای اطراف دریافت میکند، پروتئینهای مختلفی را بیان میکند. بعبارت دیگر هر سلول تحت شرایط مختلف پروتئومهای متفاوتی دارد. بنابر این برای شناسایی مکانیسمهای مولکولی رفتار سلولی و واکنشهای زیستی، لازم است پروتئینهایی که در یک سلول بیان میشود، تغییرات آنها در شرایط مختلف، عملکرد آنها و همچنین برهمکنشهای بین پروتئینهای مختلف در یک سلول، بررسی شود. به مجموعه این بررسیها، نقشه برداری پروتئوم یا پروتئومیک، گفته میشود.
"پروتئوم بسیار پیچیده تر از ژنوم یا ترانسکریپتوم می باشد. علت آن است که هر پروتئین پس از سنتز می تواند به روشهای مختلفی شیمیایی تغییر کند. بسیاری از پروتئین ها گروههای کربوهیدراتی دارند که به آنها اضافه می شود . بعضی دیگر فسفریله ، استیله یا متیله می شوند. پروتئین ها بسیار دینامیک و پویا هستند. بسایری از سلولهای ما ، صرف نظر از نوع سلول ، مرحله تکوینی و موقعیت محیطی دارای ژن مشابهی هستند. اما پروتئوم به جهت تفاوت الگوهای بیان ژن و الگوهای متفاوت تغییر پروتئین ها تنوع بسیار زیادی دارند." "پروتئومیک ( مطالعه پروتئوم) دارای اهمیت است به این خاطر که پروتئینها به عنوان ملکولهای فعال واقعی در داخل سلولها می باشند. موقعی که جهشی در DNA اتفاق می افتد ، این پروتئین ها هستند که سرانجام تحت تأثیر قرار می گیرند. دارو ها موقعی اثر سودمند خودشان را دارند که اثر متقابلی با پروتئین ها داشته باشند. " مطالعه پروتئوم به سادگی مطالعه ژنوم نیست. زیرا پروتئینها را نمیتوان(همانند DNA) به روشی مشابه PCR، تکثیر کرد. همچنین توالیهای پلیپپتیدی نمیتوانند به توالیهای اسید آمینه ای مکمل خود متصل شوند. بنابر این برای مطالعه پروتئوم باید از ابزار و روشهای ویژهای استفاده کرد. در پروتئومیک نه تنها کلیه پروتئینهایی که در یک سلول دریک شرایط مشخص بیان میشوند، مورد بررسی قرار میگیرند، بلکه عملکرد و رفتار پروتئینها، برهمکنشهای بین پروتئینهای مختلف، آرایشهایی که پس از ترجمه بر روی پروتئینها ایجاد میشود و نیمه عمر آنها در سلول نیز مورد بررسی قرار میگیرد. در واقع پروتئومیک از سه بخش تشکیل شده است: ۱- مشخص کردن کلیه پروتئینهایی که در سلول بیان میشود :در این بخش، کلیه پروتئینهایی که در سلول تحت یک شرایط معین (مانند، حالت استراحت، رشد، تمایز، بیماری، تأثیر دارو و...) مشخص میشود. به این ترتیب میتوان پروتئینهایی که در شرایط مختلف بیان میشوند یا میزان بیان آنها تغییر میکند را شناسایی کرد و به عملکرد آنها پی برد. شناسایی این پروتئینها در تشخیص بیماری و بررسی روند پیشرفت یا بهبودی آنها و همچنین شناسایی داروهای جدید، مفید میباشد. ۲- نقشه برداری برهمکنشهای بین پروتئینی : پروتئینها در سلول بصورت منفرد عمل نمیکنند واغلب تأثیر خود را با همکاری پروتئینهای دیگر و برهمکنش با آنها اعمال میکنند. نمونه بارز برهمکنشهای پروتئینی، در مسیرهای انقال پیام و مسیرهای بیوسنتزی مشاهده میشود. با شناسایی این برهمکنشها، بطور کارآمدتری میتوان عملکرد و رفتار پروتئینها را مشخص کرد. ۳- نقشه برداری آرایشهای پروتئینی : اغلب پروتئینها پس از ترجمه متحمل آرایشهای مختلفی مانند، گلیکوزیله شدن، متیله شدن،استیله شدن، فسفریله شدن و... میشوند.این آریشها بر فعالیت و عملکرد پروتئینها، همچنین ساختار فضایی، پایداری و نیمه عمر آنها تأثیر میگذارد. بسیاری از داروها گروههای الکتروفیلی دارند که از طریق آنها به پروتئین هدف متصل شده و اثر خود را اعمال میکنند.شناسایی این آرایشها، تأثیر آنها بر عمکرد پروتئینها و شرایطی که منجر به این آرایشها میشود، به شناسایی رفتار و عملکرد پروتئینها کمک میکند.
منبع : http://www.ibp.ir بخش داخل گیومه ترجمه از سایت : http://www.proteomic.org/ برای اطلاع بیشتر می توانید از لینکهای زیر استفاده کنید : http://bioinformatics.mihanblog.com/Post-2.ASPX نانوبیولوژی (Nanobiology ) به عنوان یک حوزه مطالعاتی ، حاکی از ادغام تحقیقات بیولوژیکی با تکنولوژیهای نانو نظیر ابزارها و دستگاههای نانو و ذرات نانو یا پدیده های منحصر به فرد در مقیاس نانو می باشد. اگرچه محققان زیست شناسی ملکولی در چند دهه اخیر با ملکولهای در اندازه نانو سروکار داشته اند، اما نانوبیولوژی به صورت یک متد منظم تعریف نشده بود تا زمانیکه محققان شروع کردند تلاش خود را متمرکز کنند تا دانش ما را در زمینه نانوتکنولوژی برای حل مسائل بیولوژیکی به کار گیرند.
بیشتر افراد وقتی درمورد نانوتکنولوزی فکر می کنند ، فناوری مدرن ، چیپ های کامپیوتری با سرعت فوق العاده ، مواد زدزنگ جدید و یا حتی افسانه ای تصور می کنند ، در حالیکه این چیزهای شگفت انگیز از نانوتکنولوژی مربوط می شود به کار های برجسته تکنولوژکی فیزیک ، شیمی و مهندسی و جالب اینکه یک نوع جدیدی از علم نانو در آزمایشگاههای سراسر جهان در حال اکتشاف است. حوزه جدید نانوبیولوژی ارتباط بین دو دنیای فیزیک و بیولوژی را برقرار کرده است. دنیای زیست شناسی که ما معمولا تجربه می کنیم نوعاً درمقیاس ماکرو است ، گیاهان ، جانوران و انسانهای دیگری که ما با آنها سروکار داریم در اندازه های سانتیمتر و یا متر می باشند که با چشم غیرمسلح قابل مشاهده هستند. وقتی ما به سطوح پایین سلولی می رویم سلولهای مشاهده می کنیم در حد 1 تا 10 میکرومتر( یک میلیونیوم متر) . یک گام پایین تر از نظر مقیاس اندازه ، اجزا زیست شناختی دیگر نظیر DNA و غشاهای سلولی وجود دارند که در حد 2 تا 3 نانومتر(یک بیلیونیوم متر) می باشند . از زمانیکه موجودات زنده ، اجزا عمومی خود(DNA ، پروتئین وغشاها) را به اشتراک می گذارند، زیست شناسی همیشه در مقیاس نانو بوده است. برای فهم بهتر نانوبیولوزی بهتر است تا به بعضی ازانواع تحقیقات کلی که هم در مراکز دانشگاهی و هم در مراکز تجاری در حال انجام است ، اشاره کنیم . در بسیاری از دوره های عمومی دانشگاهی ، این حوزه از دانش به شاخه های :سیستم ها وساختارهای نانوبیولوژی ، بیو میمتیک ( biomimetics ) nanomedicine, nanoscale biology, and nano-interfacial biology. ، تقشیم می شود. ترجمه از : سایت http://www.nanotech-now.com/columns/?article=970 بنابراین حوزه جدید و وسیعی از علم بیولوژی در مقیاس نانومتر گشوده شده است تا چشم اندازهای جدیدی را در تهیه نانوداروها ، تولید نانوذرات (محصولات بیولوژیک نسل دوم ) ، تولید سنسورهای بیولوژیک در حد نانو و درمان بعضی از بیماریها نظیر سرطان برای ما بگشاید. درآینده سعی می کنم مطالب بیشتری را در حوزه نانوبیولوژی ارائه کنم. لینکهای مفید :
.jpg)
| Design By : Night Skin |
LinkDump
