アキタの雑記

博士後期課程の雑記ブログ。 読んだ本、コンピューター系のメモ、愛猫の写真、勉強のこととか。

カテゴリ: 科学

バイオインフォマティクスと創薬

バイオインフォマティクスの授業で創薬についてのイントロがあって、ちょっと面白かったので講義メモです。

なお、ここに書くことは私が理解していることを私の(不自由な)言葉で書くので間違い、誤解などが生じる可能性があることをここに書いておきます。ご了承ください。

バイオインフォマティクスとは

バイオインフォマティクスとは生物学と情報科学のミックスみたいなイメージだと思ってもらえればいいのかなと思
います。

もう少し詳しく書くとするなら

コンピュータ、アルゴリズム、データベースなどをツールとして使って、生物の持つ情報を扱う学問。
という感じですかなあ。


情報としてのDNA、タンパク質


生物はDNAに書かれている情報を元に作られています。

DNAには4種類の文字が存在してそれぞれアデニン(A)、チミン(T)、シトシン(C)、グアニン(G)といいます。

これらの文字を塩基と呼びます。

塩基は4種類あってこの4種類の塩基の組み合わせで私たち生物は作られているわけです。

そして、この4種類の塩基が3つ並ぶと1つのアミノ酸を指定します。

生物に使われているアミノ酸は20種類あります。

つまり、生物は4種類の塩基を3つずつ組み合わせることで20種類のアミノ酸の組み合わせを作ることができます。

このアミノ酸を組み合わせることでタンパク質が作られます。

つまり、これまでの流れを整理すると

DNA→アミノ酸→タンパク質

と生物は生物内の情報を変換していっているわけですね。

バイオインフォマティクスはこのように生物の情報、DNAの情報やアミノ酸の情報、タンパク質の情報を扱う科学ということもできるかもしれません。

Drugとは


生体内の分子(タンパク質とか)を活性化または抑制する小さな分子のことです。

ドラッグは生体内でどう作用するか


生物の勉強を高校でした人は覚えているかもしれませんが、酵素と基質の関係を思い浮かべてください。

酵素と基質の関係は、鍵と鍵穴の関係によく例えられます。正しい形のものが正しいところに収まってこそ作用するということです。

つまり薬を作るときにも、その目標となる分子、例えばタンパク質と結合、作用できるような形の分子を作る必要があります。

しかし、基本的に鍵穴は動かないのに対して、生物の体内の酵素は動き回っているのでより複雑です。

Drugができるまで


簡単にDrugができるまでの過程を箇条書きしてみます。
  • 病気を特定

  • その病気の原因となるタンパク質を発見

  • そのタンパク質の研究(3Dモデルの作成とか)

  • 病気の原因となるタンパク質に有効なDrugを探すか作る

  • Drug発見

  • 動物実験(マウスとかで)

  • 新薬の申請

  • 人で治験

  • オッケー

  • 世に出る

  • バイオインフォマティクスの貢献

    バイオインフォマティクスは創薬のスピードを上げました。大昔と比べての話ですが。 大昔は、薬になるものの発見は偶然による所が大きかったのです。

    アスピリンの発見の話とかは有名ですね。

    バイオインフォマティクスによってタンパク質の構造決定、有効な物質の予想などができるようになったため、偶然を待つ必要がなくなったのです。

    まあすごく大変みたいですけどね。

    最後に

    私は、バイオインフォマティクス、薬学部、医学部の人でもないのは強調しておきます。

    間違いがあればご指摘お願いします。

    Bioinfomaticsの関連記事

    Bioinformatics FASTAファイルの結合

    mv (1)

    こんにちは。

    複数のFASTA形式のファイルを1つのファイルに統合しなさいというバイオインフォマティクスの授業の課題が出たのでそのまとめを書いておきます。

    最終的な目的は、指定された複数のシーケンスをデータベースから取ってきてMSA(Multipul Sequence Alignment)することです。

    ここではLinuxのターミナル使って複数のFASTA形式のファイルを1つのファイルに統合することを説明します。

    MSAまでの流れ


  • データベース(NCBI)にアクセス

  • 与えられたaccesion numberを入力

  • FASTA形式のシーケンスデータを取得

  • 1つのファイルに複数のシーケンスデータを格納

  • MSA


  • 準備したもの


  • FASTA形式のシーケンスデータ(他にも使える形式はあるみたい)

  • Linux


  • 手順


  • Linuxのターミナル起動

  • FASTAファイルが格納されているディレクトリに移動(cd)

  • カレントフォルダ(FASTA)にて画像のコマンドを入力

  • fastaconbime

    このようにコマンドを打つと以下のようにシーケンスデータが統合されます。画像内だと4つしか見えませんが、実際には6つのファイルを統合しました。
    2018-12-14 20.01.31 からのスクリーンショット

    コマンドメモ


    cat


    catは指定したファイルの統合をします。例えば、cat ファイル名1 ファイル名2で ファイル名1 ファイル名2という2つのファイルを統合。統合したいファイルを並べればいいんですね。

    *.fasta


    catで統合したいファイル名。この場合はカレントフォルダ内にある.fastaの拡張子が付いているファイルすべてを指定という意味。*は拡張子名で指定できるので多くのファイルを扱うときに便利そうですね。

    *はワイルドカードというみたいです。「*なんとか.ホニャララ」でホニャララという拡張子を指定できます。

    >Bioinfo7


    >ファイル名で統合したファイルを指定したファイル名で保存します。この場合は統合したファイルはBioinfo7という名前ですね。

    最後に


    ド素人の自分が後に見た時にわかるように丁寧に書いたつもりですがどうでしょう。

    ところでLinux入れてなかったら、どうやって解析してたんですかね。

    では。

    Bioinformaticsの関連記事

    統合TVのご紹介

    こんにちは。勉強のメモがてら、バイオ系のウェブツールの活用法を紹介している統合TVのご紹介。

    現在私はバイオインフォマティクスの授業を取っているのですが、豊富に存在するバイオインフォマティクス系のツールを持て余しぎみになっております。そこで日本語のサイトでバイオインフォマティクス系の参考になるサイトを探していたところこのサイトを見つけました。

    統合TVの概要

    統合TVではバイオ系のウェブツールの活用法をYouTubeで紹介しています。左のバーから検索したいトピックを選んで眺めるだけでも面白いかと思います。

    文献・辞書・プログラミング

    ここに書いてあるのは、卒業研究なり文献講読に有用なような気がします。文献の調べ方とか、パワポの資料作成とか。最近はあまり更新されてないようですけど、学部生にはまだまだ有用っぽいので利用してみては。

    パワーポイントの図形描画機能でイラストをつくる方法

    これは今度パワポを作るときにやってみようと思います。書きたいものの画像を用意してそこから写し絵のように書いていく方法ですね。

    Stomata is important for the gas exchange. Stomata are opened when the guard cells turgid and stomata are closed when the guard cells go limp. Stomata is opened in the day in C3 and C4 plants but stomata of CAM plants are closed in the day.

    There are 5 factors influencing the stomata apertures, light, temperature, carbon dioxide, water contents and plant hormone.
    Light, especially red and blue light are effective for opening the stomata. Temperature during 20-25C are suitable for opening the stomata. The stomata open when the carbon dioxide is enriched, and enough water contents. ABA affect stomata closing and Cytokinin affect stomata opening.

    I write about the mechanism of stomata apertures below. Stomata are opened when the guard cells are turgid or it is closed when the guard cells go limp. It related the ion such as K, Cl, Na. When there are enrich ion in the guard cells, water flow in the guard cells and then guard cells will be turgid. When there are not enrich ion in the guard cells, water flow out the guard cells and then guard cells will be limp.

    Photosynthesis is a process to use light energy to make sugar and oxygen from carbon dioxide and water. Chemical formula is here, 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂.
    Photosynthesis separates two chemical reaction pathway, light reaction and Calvin cycle. The light reaction produces the ATP and NADPH from light energy and it occurs on thylakoid membranes. Calvin cycle produces the sugar especially glucoses using ATP, NADPH and CO₂ in the stroma.
    Furthermore, light reaction separates two pathway, cyclic electron flow and noncyclic electron flow. Cyclic electron flow uses photosystem1 which uses P700, chlorophyll, and the ATP changed to ADP in this process. Noncyclic electron flow uses photosystem2 which uses P680 chlorophyll.
    Calvin cycle produces glucoses and it takes 6 turns and uses 18 ATP and 12 NADPH. The enzyme Rubisco enables carbon dioxide to combine with a 5-carbon sugar known as Ribulose biphosphate.






    Water absorption is important process for plants because water is essential for plants to live. In vascular plants, mainly water is absorbed by roots then the water uptake to the xylem to leaf.
    Water can be absorbed by two methods, active absorption and passive absorption. Active absorption uses ATP energy to against the concentration gradients. Passive absorption is occurred along the concentration gradients.
    There are 3 pathways on the water movements in roots, apoplast pathway, transmembrane pathway and symplast pathway.
    Apoplast pathway is the majority pathway to absorb the water. Water flow through in the cell walls.
    In transmembrane and symplast pathway, water flow through in the cytoplasm. Especially in symplast, water flow into plasmodesmata to cytoplasm.
    Then, water uptake in xylem by transpiration pull. Mesophyll cells within leaf are in direct connect with atmosphere via all the air spaces in the leaf.

    Stomata is important for the gas exchange. Stomata are opened when the guard cells turgid and stomata are closed when the guard cells go limp. Stomata is opened in the day in C3 and C4 plants but stomata of CAM plants are closed in the day.

    There are 5 factors influencing the stomata apertures, light, temperature, carbon dioxide, water contents and plant hormone.
    Light, especially red and blue light are effective for opening the stomata. Temperature during 20-25C are suitable for opening the stomata. The stomata open when the carbon dioxide is enriched, and enough water contents. ABA affect stomata closing and Cytokinin affect stomata opening.

    I write about the mechanism of stomata apertures below. Stomata are opened when the guard cells are turgid or it is closed when the guard cells go limp. It related the ion such as K, Cl, Na. When there are enrich ion in the guard cells, water flow in the guard cells and then guard cells will be turgid. When there are not enrich ion in the guard cells, water flow out the guard cells and then guard cells will be limp.

    Photosynthesis is a process to use light energy to make sugar and oxygen from carbon dioxide and water. Chemical formula is here, 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂.
    Photosynthesis separates two chemical reaction pathway, light reaction and Calvin cycle. The light reaction produces the ATP and NADPH from light energy and it occurs on thylakoid membranes. Calvin cycle produces the sugar especially glucoses using ATP, NADPH and CO₂ in the stroma.
    Furthermore, light reaction separates two pathway, cyclic electron flow and noncyclic electron flow. Cyclic electron flow uses photosystem1 which uses P700, chlorophyll, and the ATP changed to ADP in this process. Noncyclic electron flow uses photosystem2 which uses P680 chlorophyll.
    Calvin cycle produces glucoses and it takes 6 turns and uses 18 ATP and 12 NADPH. The enzyme Rubisco enables carbon dioxide to combine with a 5-carbon sugar known as Ribulose biphosphate.

    ↑このページのトップヘ