Theoretical and Computational Methods in Genome Research

کاربرد روش‌های محاسباتی برای حل مشکلات علمی و عملی در تحقیقات ژنوم، یک حوزه بین‌رشته‌ای جدید ایجاد کرد که از مرزهایی فراتر می‌رود که به‌طور سنتی ژنتیک، زیست‌شناسی، ریاضیات، فیزیک و علوم رایانه را از هم جدا می‌کند. البته، رایانه‌ها برای سال‌ها، حتی قبل از شروع تحقیقات ژنوم، به طور فشرده در زمینه علوم زیستی برای ذخیره و تجزیه و تحلیل DNA یا توالی‌های پروتئین مورد استفاده قرار گرفته‌اند. کاوش و مدل سازی ساختار سه بعدی، دینامیک و عملکرد بیوپلیمرها؛ برای محاسبه پیوند ژنتیکی یا فرآیندهای تکاملی؛ و بیشتر. توسعه سریع فن‌آوری‌های مولکولی و ژنتیکی جدید، همراه با اهداف بلندپروازانه برای کشف ساختار و عملکرد ژنوم ارگانیسم‌های بالاتر، نه تنها حجم عظیمی از داده‌ها، بلکه دسته جدیدی از سؤالات علمی را ایجاد کرده است. ماهیت و پیچیدگی این پرسش‌ها همچنین مستلزم ایجاد نوع جدیدی از اتحاد بین رشته‌های تجربی و نظری، توسعه نسل‌های جدید هم در نرم‌افزارهای کامپیوتری و هم در فناوری‌های سخت‌افزاری است. رویه های نظری جدید، همراه با امکانات محاسباتی قدرتمند، به طور قابل ملاحظه ای افق مشکلاتی را که تحقیقات ژنومی می تواند با موفقیت به آنها حمله کند، گسترش می دهد. بسیاری از ما هنوز احساس می‌کنیم که مدل‌های محاسباتی که یافته‌های تجربی در تحقیقات ژنوم را منطقی می‌کنند، وعده‌های خود را کندتر از حد مطلوب انجام می‌دهند. همچنین در مورد موقعیت واقعی یک "تحقیق ژنوم نظری" در شبکه رشته های معتبری که تلاش های آنها را در این زمینه ادغام می کنند، ابهام وجود دارد.

The application ofcomputational methods to solve scientific and practical problems in genome research created a new interdisciplinary area that transcends boundaries tradi­ tionally separating genetics, biology, mathematics, physics, and computer science. Com­ puters have, of course, been intensively used in the field of life sciences for many years, even before genome research started, to store and analyze DNA or protein sequences; to explore and model the three-dimensional structure, the dynamics, and the function of biopolymers; to compute genetic linkage or evolutionary processes; and more. The rapid development of new molecular and genetic technologies, combined with ambitious goals to explore the structure and function ofgenomes ofhigher organisms, has generated, how­ ever, not only a huge and exponentially increasing body of data but also a new class of scientific questions. The nature and complexity of these questions will also require, be­ yond establishing a new kind ofalliance between experimental and theoretical disciplines, the development of new generations both in computer software and hardware technolo­ gies. New theoretical procedures, combined with powerful computational facilities, will substantially extend the horizon of problems that genome research can attack with suc­ cess. Many of us still feel that computational models rationalizing experimental findings in genome research fulfill their promises more slowly than desired. There is also an uncer­ tainty concerning the real position of a "theoretical genome research" in the network of established disciplines integrating their efforts in this field.