آموزش آشنایی با بانک ژنی مرکز ملی اطلاعات بیوتکنولوژی: فرایند ثبت و پذیرش سکوانس ژن ها

حوزه ای جدید از دانش بشری که عرصه اجتماع زیست شناسی مولکولی، علوم رایانه ای و تکنولوژی اطلاعاتی می باشد، بیوانفورماتیک نام گرفته است و پایگاه های ثبت و پذیرش، نگه داری، پردازش و عرضه خام و یا پردازش شده سکوانس های مولکول های حیاتی، یعنی بانک های ژنی، در واقع پایگاه های علمی هستند که محصول علمی برای یک کاسه نمودن یافته های علمی و پژوهشی در زمینه زیست شناسی مولکولی، و ایجاد تسهیلات برای دسترسی جوامع علمی و گروه های تخصصی به سکوانس های مولکول های حیاتی به صورت همسان شده، می باشند(1تا6). اطلاعات مربوط به سکوانس های مولکول های حیاتی شناسایی و ثبت شده در مراکز اطلاعات بیوانفورماتیکی مانند NCBI (National Center for Biotechnology Information) به آدرس http://www.ncbi.nlm.nih.gov و EBI (European Bioinformatic Institute) به آدرس http://www.ebi.ac.uk و EXPASY (Swiss Institute of Bioinformatic) به آدرس http://www.expasy.org و DDBJ (DNA Database of Japan) به آدرس http://www.ddbj.nig.ac.jp با الگویی ویژه، پذیرش و نگه داری شده و در اختیار پژوهشگران قرار می گیرد. این مراکز اطلاعاتی هر سال نسبت به نوسازی سیستم و اطلاعات خود اقدام می نمایند(2،1و7تا14). NCBI در چهارم نوامبر 1988 در ایالات متحده امریکا، با درک اهمیت روش های رایانه ای پردازش اطلاعات پزشکی و حیاتی، به عنوان بخشی از کتابخانه ملی پزشکی (National Library of Medicine-NLM) در مجموعه تشکیلات انستیتو ملی بهداشت (National Institute of Health-NIH) ایالات متحده امریکا تاسیس گردید و هم اکنون با فاصله زیادی از دیگر مراکز مشابه، گسترده ترین مرکز اطلاعات پزشکی و بیولوژی مولکولی در دنیا محسوب می شود(7تا10). در ایران، در سال 1378 شمسی، انستیتو بیوشیمی و بیوفیزیک (IBB) دانشگاه تهران، یک مرکز اطلاعات بیوانفورماتیکی تحت عنوان مرکز بیوانفورماتیک ایران (Iran''s Bioinformatic Center-IBC) به آدرس http://www.ibc.ut.ac.ir تاسیس نموده است که دربردارنده تسهیلات و امکاناتی در مورد سکوانس های پروتئینی و نوکلئوتیدی با اتصال به مراکز بیوانفورماتیکی متعددی است(1). هر یک از مراکز اطلاعات بیوانفورماتیکی، معمولا با اتصال به سایر مراکز اطلاعات بیوانفورماتیکی، به صورت یک شبکه بسیار گسترده، امکان دسترسی پژوهشگر وارد شده به یک مرکز را به اطلاعات مراکز اطلاعات بیوانفورماتیکی دیگر فراهم می کند(1تا3). هدف از این نوشتار، آموزش و آشنایی با فرایند ثبت و پذیرش سکوانس های ژن ها در بانک ژنی NCBI است. توالی مولکول های تشکیل دهنده ژن های آنزیم های فسفولیپاز D1 و B1، B2، B3 در هسته سلول های قارچ کپکی بیماریزا به نام آسپرژیلوس فومیگاتوس با استفاده از روش های مختلف مولکولار بیولوژی و مهندسی ژنتیک برای اولین بار در سطح جهانی شناسایی شدند. این اطلاعات با هدف دسترسی سایر پژوهشگران به این یافته ها، به بانک ژنی NCBI با استفاده از تسهیلات موجود در سایت NCBI معرفی شدند. برای معرفی اولیه هر سکوانس به بانک ژنی NCBI، از بخش ویژه موجود در سایت این مرکز با عنوان Submitting Sequence Data to GenBank به آدرس http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Genbank/index.html استفاده می شود(7تا10). مسیر BankIt برای معرفی اولیه سکوانس های نوکلئوتیدی انتخاب گردید. این مسیر با عنوان For quick and simple submissions مشخص شده، امکانات متفاوتی برای معرفی و ثبت سکوانس های بیولوژیکی به صورت الکترونیکی با عنوانBankIt: GenBank Submissions by WWW همراه با راهنمایی های اساسی برای معرفی سکوانس در اختیار کاربر قرار می گیرد که با عنوان GenBank Direct Submission Options مشخص شده است. برای توجیه بهتر کاربر نیز مثالی با عنوان annotation examples and descriptions نیز وجود دارد. اولین مرحله عملی برای معرفی و ثبت سکوانس مورد نظر به بانک ژنی NCBI در این قسمت با وارد کردن طول سکوانس به قسمتی مشخص شده به صورت: To prepare a New GenBank submission, enter the size in nucleotides of your contiguous sequence here and press شروع می شود. با فشار دادن تکمه فعال در این قسمت، به صفحه دیگری وارد می شویم که مجددا دارای عنوان BankIt: GenBank Submissions by WWW بوده و در آن یک شماره اولیه ثبت سکوانس معرفی شده به بانک ژنی NCBI به عنوان شماره مرجع به کاربر داده می شود. این صفحه دارای بخش هایی متعدد برای ادامه مراحل بعدی ثبت سکوانس است. در مرحله اول، مشخصات فردی و آدرس فرد معرفی کننده سکوانس به بانک ژنی در قسمتی با عنوان Multiple Submissions Information و زیر مجموعه Reference Information خواسته می شود و سپس نظر فرد معرفی کننده سکوانس برای تاریخ انتشار و معرفی سکوانس در پایان مراحل پردازش علمی و پذیرش سکوانس، با الگوی: Release Information When may we release your sequence record? Immediately After Processing Release Date: درخواست می گردد. ارائه اطلاعات علمی مربوط به آدرس آکادمیک مؤلفین (معرفی کنندگان) اطلاعات، تعلق ژن به نوعی مشخص از موجودات زنده، دستکاری و یا عدم دستکاری ژنتیکی موجود زنده، منبع ژن و... درخواست های بعدی بانک ژنی است. سپس باید توالی کامل ژن همراه با اطلاعات مربوط به خود ژن در پنجره موجود در صفحه وارد گردد. در آخرین قسمت از این صفحه، امکان درج هر گونه اطلاعات اضافی و اختیاری مورد نظر معرفی- کنندگان سکوانس فراهم شده است. با انجام مراحل پیش گفت، ثبت اولیه سکوانس در بانک ژنی NCBI خاتمه یافته و با کلیک بر روی تکمه فعال موجود در صفحه با عنوان Validate the submission and correct other errors، پیامی به صورت اتوماتیک از طرف بانک ژنی NCBI برای معرفی کننده سکوانس با محتوای دریافت و پذیرش اولیه فرستاده می شود و متعاقب آن گردش مکاتبات الکترونیکی به صورت تعامل علمی بین دو طرف در مورد موضوعات مربوط به سکوانس بطور متقابل تا حصول توافق طرفینی ادامه می یابد که در مواردی تا مدت قابل توجهی استمرار دارد. در ایام نزدیک به قرارگیری نهایی سکوانس بیولوژیکی در پایگاه بانک ژنی NCBI برای دسترسی عمومی، مجددا از طرف بانک ژنی نظر معرفی کنندگان ژن در مورد متن آماده شده و ایرادات احتمالی آن پرسیده می شود. متعاقب پذیرش نهایی سکوانس های نوکلئوتیدی معرفی شده و ثبت آنها به مشخصات توافق شده در بانک ژنی NCBI، این سکوانس ها به صورت قابل دسترس در سایت NCBI قرار گرفتند که با کلید واژه های مناسبی نظیر عنوان ژن ها و نام مؤلفین و ثبت کنندگان، سکوانس های مربوطه در این سایت، قابل جستجو می باشند. باید توجه کرد که برای دسترسی به سکوانس نوکلئوتیدی ژن های ثبت شده، در صورت استفاده از پایگاه اطلاعاتی PubMed به آدرس http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi، باید گزینه Nucleotide را انتخاب نموده و سپس با درج کلید واژه های مناسب، ژن های مورد نظر را جستجو کرد. این سکوانس ها همچنین از طریق سایت های سایر بانک های ژنی هم به آسانی قابل دسترسی است. ماهیت اطلاعات موجود در سکوانس های مولکول های حیاتی، بهره گیری کامل از اطلاعات موجود در این سکوانس ها را در صورت انتشار و طبع سنتی آنها مقدور نمی سازد، مضافا اینکه اطلاعات خام موجود در این سکوانس ها نیز همه قابلیت های اطلاعاتی و حیاتی این مولکول ها را نشان نمی دهد. پردازش بیوانفورماتیکی این اطلاعات، جزئیات بسیار زیادی را در اختیار پژوهشگران قرار می دهد که استنباط این اطلاعات ثانویه از متن سکوانس های اولیه به سادگی مقدور نیست. نرم افزارهای متعدد تعبیه شده و دارای قابلیت های متفاوت در سایت های بیوانفورماتیکی این امکان را برای پژوهشگران زمینه های مختلف علوم حیاتی و پزشکی فراهم می آورد که نه فقط همه قابلیت های اطلاعات حیاتی این سکوانس ها را به دست بیاورند، بلکه حتی با مقایسه تشابهات و تفاوت های یک و یا چند ژن با ژن های دیگر، به جستجو در عرصه هایی از روابط حیاتی بپردازند که جز در سایه وجود بانک های ژنی، نمی توان به چنین عرصه هایی وارد شد(9تا12). علاوه بر این، در این صفحات، اطلاعاتی دیگر به صورت فعال وجود دارند که با انتخاب این اطلاعات، می توان به طور اتوماتیک به شبکه ها، پایگاه ها، مقالات، و مراجع علمی حاوی اطلاعات وسیع جنبی مربوط به موضوع محوری متصل شد. همچنین وجود بانک های ژنی ویژه برای اطلاعات بیولوژیکی خاص، مثل بانک ژنی باکتری های بیماریزا(10)، طبقه بندی باکتری ها(11)، شناسایی ژن های ویروس های حیوانی(12)، ژن های موش آزمایشگاهی(13)، جستجوی سکوانس ژنوم انسان(5) و حتی تفاوت های ژنتیکی بین افراد یک جامعه(14) امکان دسترسی به اطلاعاتی وسیع با سرعتی فوق العاده را فراهم می آورد