Wykorzystanie algorytmów uczenia maszynowego umożliwia wprowadzenie badań nad DNA na nieosiągalny dotychczas poziom. Dzięki rozwiązaniom bioinformatycznym można było w mniej niż dwa dni wytypować potencjalne leki na COVID-19, a także zwiększyć wiedzę o wirusach zasiedlających ludzkie jelita. Naukowcy testują już nawet komputery bazujące na przesyłaniu informacji z wykorzystaniem ludzkich komórek. Światowy rynek bioinformatyki do 2027 roku zwiększy swoją wartość prawie trzykrotnie.
– Bioinformatyka pozwala zbudować model informatyczny czy matematyczny i potem rozwiązywać narzędziami właściwymi dla informatyki różne problemy, takie jak na przykład problem sekwencjonowania DNA. Biochemicy są w stanie poszatkować genom i dostarczyć nam setek jego fragmentów, ale my potrzebujemy ich miliardów. Żeby złożyć ten miliard, potrzebujemy dobrego algorytmu i to jest właśnie bioinformatyka – tłumaczy prof. dr hab. inż. Jacek Błażewicz, dyrektor Instytutu Informatyki Politechniki Poznańskiej, członek rzeczywisty Polskiej Akademii Nauk.
Opierając się na rozwiązaniach bioinformatycznych, naukowcy z Wellcome Sanger Institute oraz EMBL’s European Bioinformatics Institute (EMBL-EBI) zidentyfikowali ponad 140 tys. wirusów zasiedlających ludzkie jelita. Ponad połowa z nich nie była wcześniej znana. Może mieć to kluczowe znaczenie dla rozwoju badań nad przyczynami niektórych chorób. Co szczególnie istotne, jedna z nowo odkrytych gałęzi wirusów jest drugą pod względem stopnia rozpowszechnienia w ludzkich jelitach. Zdaniem ekspertów przy wykorzystaniu tradycyjnych, niewspieranych informatycznie metod tego typu odkrycia najprawdopodobniej nie byłyby możliwe.
– Biolodzy nie poradzą sobie sami. Musimy współpracować. Bioinformatyka to oczywiście sekwencje, ale ważna jest analiza tych sekwencji, zrozumienie, co one przedstawiają. I tu bez sztucznej inteligencji oczywiście się nie obejdzie, bo występuje za dużo kombinacji – wskazuje dr hab. inż. Jacek Błażewicz.
Uczenie maszynowe w bioinformatyce zostało wykorzystane w poszukiwaniu możliwych leków do walki z koronawirusem. Superkomputer IBM Summit w niespełna dwa dni, wykorzystując symulację uruchomioną kodem bioinformatycznym, przeszukał struktury molekularne związków, które mogłyby zwalczyć ten patogen.
– Oczywiście pandemia ma duży wpływ na rozwój bioinformatyki, bo pokazuje wagę problemów zdrowia, wagę problemów medycyny dla funkcjonowania dzisiejszej społeczności – mówi naukowiec.
Kluczowe w rozwoju bioinformatyki może być wykorzystanie biokomputerów. Przykładem takiego wdrożenia może być urządzenie zbudowane przez naukowców z Politechniki Federalnej w Zurychu oraz Uniwersytetu w Bazylei. Wykorzystując dziewięć populacji ludzkich komórek, zbudowali strukturę działającą jak elektroniczny obwód obliczeniowy. Tak powstał żywy komputer reagujący na przekazywane mu informacje chemiczne i przetwarzający je przez podstawowe bramki logiczne.
– Biokomputer można też rozumieć jako coś, co sprzęga się w nanoprocesor z pewnym elementem wykonawczym i np. wpuszcza się w krwiobieg człowieka, by tam analizował i przesyłał pewne dane – wskazuje dyrektor Instytutu Informatyki Politechniki Poznańskiej. – Ileś lat temu mówiło się o komputerach DNA, które bazowały na przetwarzaniu cząsteczek DNA i wyciąganiu jakichś informacji. Ma to jednak ograniczenia, ponieważ w zasadzie trzeba budować komputer dla konkretnego problemu.
Według Allied Market Research światowy rynek bioinformatyki do 2027 roku osiągnie wartość 24,7 mld dol.
medycyna praktyczna dla lekarzy
