ایمنی‌شناسی محاسباتی

ایمنی‌شناسی محاسباتی (به انگلیسی: Computational Immunology) یک حوزه علمی دربرگیرندهٔ روش‌های با توان بالا (به انگلیسی: high throughput) و مرتبط با ژنومیک و بیوانفورماتیک است که به طور ویژه به تحلیل داده‌های مرتبط با ایمنی‌شناسی اختصاص دارد. هدف این حوزه علمی، تبدیل داده‌های ایمنی‌شناسی به مسائل رایانشی، حل این مسائل از طریق روش‌های ریاضی و رایانشی و در نهایت تبدیل مجدد این نتایج به تفسیرهای معنی‌دار از نظر زیست‌شناسی است.

مقدمهویرایش

سیستم ایمنی یک از سیستم‌های پیچیده بدن انسان است و درک آن یکی از چالش‌برانگیزترین مسائل در حوزه زیست‌شناسی است. مطالعات ایمنی‌شناسی برای فهم شیوه‌های بنیادین دفاعی بدن انسان و همچنین برای تولید داروها برای بیماری‌های ایمونولوژیکی و حفظ سلامت، مهم هستند. یافته‌های اخیر در حوزه ژنومیک و فناوری‌های پروتئومیک ایمنی‌شناسی را دگرگون کرده‌است. توالی‌یابی ژنوم انسان و سایر جانداران اطلاعات با حجم بسیار بالایی را تولید کرده‌است که این اطلاعات مرتبط با ایمنی‌شناسی نیز می‌شوند. پیشرفت‌های اخیر در حوزه بیوانفورماتیک یا زیست‌شناسی محاسباتی موجب فهمیدن اطلاعات بیشتر در این حجم بالای داده شده‌است که این روند در به وجود آمدن حوزه ایمنی‌شناسی محاسباتی یا ایمونوانفورماتیک نقش کلیدی ایفا کرده‌است.

 
ایمونوانفورماتیک شاخه‌ای میان‌رشته‌ای است که ایمنی‌شناسی به عنوان یکی از شاخه‌های زیست‌شناسی و علوم کامپیوتر را با یکدیگر تلفیق می‌کند.

زیست‌شناسی محاسباتی شاخه‌ای از بیوانفورماتیک است که بر پایه مفاهیم و ابزارهای مشابه مانند هم‌ترازسازی توالی و ابزارهای پیش‌بینی ساختار پروتئین بنا شده‌است. ایمونومیک رشته‌ای است مانند ژنومیک و پروتئومیک که به طور خاص‌تر علم ترکیب کردنِ ایمنی‌شناسی با علوم کامپیوتر، ریاضی، شیمی و بیوشیمی برای مطالعات در سطح حجیمی از اطلاعات، است. هدف آن مطالعه شبکه‌های پیچیده تعامل پروتئین-پروتئین و کسب درک عمیق‌تر از پاسخ ایمنی بدن و نقش آن در زمان سلامت، بیماری یا نقاهت است. ایمنی‌شناسی رایانشی قسمتی از ایمونومیک است که به طور ویژه بر تحلیل مطالعات حاوی داده‌های حجیم تمرکز کرده‌است[۱][۲] .

تاریخچهویرایش

ایمونوانفورماتیک بیش از ۹۰ سال پیش با مدل‌سازی نظری اپیدمیولوژی مالاریا آغاز شد. در آن زمان تأکید بر استفاده ریاضی برای هدایت مطالعهٔ چگونگی انتقال بیماری، بود. از آن زمان تا کنون، این حوزه گسترش یافته تا جنبه‌های دیگری سیستم ایمنی و بیماری‌ها را نیز دربر گیرد[۳] .

پایگاه‌داده‌های ایمونولوژیکیویرایش

پس از پیشرفت‌های اخیر در توالی‌یابی و فناوری‌های پروتئومیک، روند تولید داده‌های مولکولی و ایمنی‌شناسی چندین برابر شده‌اند. این داده به نحوی گسترده هستند که پایگاه‌داده‌های خاصی طبقه‌بندی می‌شوند که این طبقه‌بندی بر اساس استفاده تحقیقاتی آن‌ها می‌باشد. تاکنون ۳۱ پایگاه ایمونولوژیکی در Nucleic Acids Research (NAR) Database Collection ذکر شده‌اند که برخی از آن‌ها به همراه چند پایگاه‌داده مرتبط با ایمنی‌شناسی در جدول زیر آمده‌اند.[۴] اطلاعات جدول از NAR Database Collection گرفته شده‌است.

Database Description
ALPSbase پایگاه‌داده مرتبط با بیماری‌های مربوط به تکثیر لنفوسایت‌ها
AntigenDB توالی، ساختار و اطلاعات دیگر دربارهٔ آنتی‌ژن‌های پاتوژن.[۵]
AntiJen اطلاعات کمی در مورد انقیاد پپتیدها و پروتئین‌های دارای اهمیت ایمنولوژیکی.[۶]
BCIpep این پایگاه اطلاعات همه اپیتپ‌های سلول-بی را که به صورت تحقیقاتی به دست آمده‌اند ذخیره می‌کند. در این پایگاه‌داده که اطلاعات آن توسط محققان قبلاً تأیید می‌شود، اطلاعات مفصلی اپیتپ‌های جمع‌آوری شده و منتشرشده سلول‌های-بی در پایگاه‌های دیگر یا مقالات، گردآوری شده‌است. اطلاعات گسترده‌ای از جانداران پاتوژنی مانند ویروسها، باکتریها و قارچ‌ها جمع‌آوری شده‌است. در هر مدخل این پایگاه‌داده، اطلاعات کاملی از یک اپیتپ سلول-بی شامل دنباله آمینواسید منبع پروتئین آنتی‌ژنی و آزمایش‌های تولید یا نابود کردن آنتی‌بادی آن آمده‌است.[۷]
dbMHC dbMHC دسترسی به دنباله‌های HLA، ابزارهای تقویت آزمایش‌های ژنتیکی نواحی HLA، آلل HLA و فرکانس هاپلوتایپ را در بیش از ۹۰ جمعیت در سراسر دنیا به همراه اطلاعات کلینیکی پیوند سلول‌های بنیادی، دیابت شیرین و بیماری RA را در اختیار ما قرار می‌دهد. برای اطلاعات بیشتر به پیوند مقابل مراجعه کنید: http://www.oxfordjournals.org/nar/database/summary/604 [پیوند مرده]
DIGIT پایگاه‌داده ایمونوگلبین‌ها و ابزارهای ترکیبی.[۸]
HPTAA HPTAA یک پایگاه‌داده از آنتی‌ژن‌های مستعد ارتباط با سرطان است که از اطلاعات بیان چندین پلتفرم از جمله ریزآرایه‌های عمومی قابل دسترس، اطلاعات GEO SAGE و اطلاعات بیان Unigene استفاده می‌کند.[۹]
IEDB-3D اطلاعات ساختاری موجود در پایگاه‌داده Immune Epitope.[۱۰]
IL2Rgbase جهش‌های ضعف‌های ایمنی شدید مرتبط با x(به انگلیسی: x-linked).[۱۱]
MHCPEP این پایگاه داده شامل لیستی از پپتیدهای انقیادشده به MHCها است.[۱۲]
MUGEN Mouse Database بایگانی‌شده در ۱۲ نوامبر ۲۰۱۷ توسط Wayback Machine مدل‌های موشی از فرایندهای ایمنی و بیماری‌های سیستم ایمنی.[۱۳]
Protegen پایگاه‌داده و سیستم تحلیل‌کننده برای آنتی‌ژن‌های حفاظت‌شونده.[۱۴]
ImmGen پایگاه‌داده کنسرسیوم ایمنی‌شناسی ژنوم که شامل پروفایل بیان برای بیش از ۲۵۰ نوع سلول موش و چندین جستجوگر اطلاعات دیگر برای مطالعه داده‌ها می‌شود.[۱۵]

منابعویرایش

  1. Tong JC, Ren EC (July 2009). "Immunoinformatics: current trends and future directions". Drug Discov. Today. 14 (13–14): 684–9. doi:10.1016/j.drudis.2009.04.001. PMID 19379830.
  2. Korber B, LaBute M, Yusim K (June 2006). "Immunoinformatics comes of age". PLoS Comput. Biol. 2 (6): e71. doi:10.1371/journal.pcbi.0020071. PMC 1484584. PMID 16846250.
  3. Ross, R. (1 February 1916). "An application of the theory of probabilities to the study of a priori pathometry. Part I". Proceedings of the Royal Society A. 92 (638): 204–230. doi:10.1098/rspa.1916.0007. Archived from the original (PDF) on 4 March 2016. Retrieved 26 August 2017.
  4. Oxford Journals | Life Sciences | Nucleic Acids Research | Database Summary Paper Categories
  5. Ansari HR, Flower DR, Raghava GP (January 2010). "AntigenDB: an immunoinformatics database of pathogen antigens". Nucleic Acids Res. 38 (Database issue): D847–53. doi:10.1093/nar/gkp830. PMC 2808902. PMID 19820110.
  6. Toseland CP, Clayton DJ, McSparron H et al. (October 2005). "AntiJen: a quantitative immunology database integrating functional, thermodynamic, kinetic, biophysical, and cellular data". Immunome Res. 1 (1): 4. doi:10.1186/1745-7580-1-4. PMC 1289288. PMID 16305757.
  7. Saha S, Bhasin M, Raghava GP (2005). "Bcipep: a database of B-cell epitopes". BMC Genomics. 6 (1): 79. doi:10.1186/1471-2164-6-79. PMC 1173103. PMID 15921533.
  8. Chailyan A, Tramontano A, Marcatili P (January 2012). "A database of immunoglobulins with integrated tools: DIGIT". Nucleic Acids Res. 40 (Database issue): D1230–4. doi:10.1093/nar/gkr806. PMC 3245095. PMID 22080506.
  9. Wang X, Zhao H, Xu Q et al. (January 2006). "HPtaa database-potential target genes for clinical diagnosis and immunotherapy of human carcinoma". Nucleic Acids Res. 34 (Database issue): D607–12. doi:10.1093/nar/gkj082. PMC 1347445. PMID 16381942.
  10. Ponomarenko J, Papangelopoulos N, Zajonc DM, Peters B, Sette A, Bourne PE (January 2011). "IEDB-3D: structural data within the immune epitope database". Nucleic Acids Res. 39 (Database issue): D1164–70. doi:10.1093/nar/gkq888. PMC 3013771. PMID 21030437.
  11. Puck JM (November 1996). "IL2RGbase: a database of gamma c-chain defects causing human X-SCID". Immunol. Today. 17 (11): 507–11. doi:10.1016/0167-5699(96)30062-5. PMID 8961626.
  12. Brusic V, Rudy G, Harrison LC (September 1994). "MHCPEP: a database of MHC-binding peptides". Nucleic Acids Research. 22 (17): 3663–5. PMID 7937075.
  13. Aidinis V, Chandras C, Manoloukos M et al. (January 2008). "MUGEN mouse database; animal models of human immunological diseases". Nucleic Acids Res. 36 (Database issue): D1048–54. doi:10.1093/nar/gkm838. PMC 2238830. PMID 17932065.
  14. Yang B, Sayers S, Xiang Z, He Y (January 2011). "Protegen: a web-based protective antigen database and analysis system". Nucleic Acids Res. 39 (Database issue): D1073–8. doi:10.1093/nar/gkq944. PMC 3013795. PMID 20959289.
  15. Jojic V; Shay T; Sylvia K; Zuk O; Sun X; Kang J; Regev A; Koller D; Immunological Genome Project Consortium (June 2013). "Identification of transcriptional regulators in the mouse immune system". Nature Immunology. 14 (6): 633–643. doi:10.1038/ni.2587. PMC 3690947. PMID 23624555.