يشهد العالم تطورًا علميًا متسارعًا في شتّى المجالات. يترافق هذا التطور مع اكتشاف مجالات جديدة كليًا أو ناتجة عن تقاطع وتداخل عدة علوم وتخصصات. هذه المجالات الجديدة من شأنها أن تلبي الحاجة المتزايدة للمعرفة في سبيل تطور البشرية وارتقائها. المعلوماتية الحيوية Bioinformatics هي أحد هذه المجالات الجديدة نسبيًا، ذات التطبيقات الواسعة والمهمة. ومن المتوقع جدًا ازدياد الطلب مستقبلًا على الخبراء في هذا المجال. في هذا المقال، سوف نضع بين أيديكم دليلًا لأهم المعلومات عن هذا المجال، والمصادر المفيدة لتعلمه.

التعريف بالمعلوماتية الحيوية Bioinformatics

المعلوماتية الحيوية Bioinformatics هي تخصص علمي حديث النشأة، يجمع بين علوم المعلومات والرياضيات وعلم الأحياء، حيث يُوفر الأدوات اللازمة لتحليل البيانات الجينومية «علم الجينوم – Genomics» والبروتيومية «علم البروتين – Proteomics» لفهم النظم البيولوجية المعقدة وإيجاد الحلول.

أول استخدام لمصطلح المعلوماتية الحيوية Bioinformatics كان عام 1968، من قبل «مارغريت دايهوف – Margret Dayhoff»، والتي تعد رائدة هذا المجال، ولكن ظهر تعريفه للمرة الأولى عام 1978. نشأ هذا العلم وتطور بالتزامن مع نشأة الحواسب وتطورها. حيث يشار إليه أيضًا باسم «علم الأحياء الحاسوبي – computational biology».

يوجد مكونين أساسيين للمعلوماتية الحيوية Bioinformatics: الأول هو تطوير الخوارزميات والأدوات البرمجية، والثاني هو تحليل وتفسير البيانات الحيوية باستخدام مجموعة متنوعة من هذه الخوارزميات والأدوات البرمجية.

فرضت طبيعة الأبحاث البيولوجية الحديثة حاجة ملحة لظهور وتطور هذا المجال، فنحن أمام قواعد بيانات بيولوجية ضخمة، وهي بحاجة إلى خوارزميات معقدة لتحليل ومعالجة هذه البيانات الخام المخزنة، فكانت المعلوماتية الحيوية هي الحل.

المهارات والأدوات المطلوبة لدخول مجال المعلوماتية الحيوية

عليك أن تكون ملمًّا بالعديد من العلوم لكي تدخل مجال المعلوماتية الحيوية، والتي تتضمن: البرمجة بشكل أساسي، أساسيات علم الحاسوب (من المهم تعلم العمل على أنظمة التشغيل مفتوحة المصدر مثل Linux)، علوم الأحياء (البيولوجيا بشكل عام، والبيولوجيا الجزيئية)، تقانة المعلومات (من المهم تعلم نظم إدارة قواعد البيانات مثل Oracle وMySQL).

الكثير من الجامعات حول العالم توفر برامج لدراسة هذا المجال في مرحلة البكالوريوس، مدة الدراسة أربع سنوات. في حال كنت تحمل شهادةً جامعية في العلوم الطبية أو الحيوية، أو حتى في علوم الحاسوب، يمكنك الالتحاق ببرنامج دبلوم معلوماتية حيوية لمدة سنتين، أو يمكنك تعلم هذا المجال ذاتيًا عبر ترميم ما ينقصك من العلوم الأربعة المذكورة أعلاه.

لغات البرمجة اللازم تعلمها في مجال المعلوماتية الحيوية

يعتبر تعلم البرمجة من الأولويات إذا كنت تفكر في دخول مجال المعلوماتية الحيوية، عليك أن تتقن عددًا من اللغات البرمجية الشائعة الاستخدام في هذا المجال، من أبرزها:

  1. لغة بايثون Python: وتعتبر من أسهل اللغات البرمجية، بسيطة وواضحة ومستخدمة على نطاق واسع في مجال المعلوماتية الحيوية.
  2. لغة بيرل Perl: تستخدم بكثرة في بناء البرمجيات البيولوجية. ليست بسهولة البايثون ووضوحها، لكنها لغة مفيدة ومرنة.
  3. لغة آر R: لغة برمجية احصائية، مثالية للرسم البياني، تحتوي على الكثير من الأدوات البرمجية البيولوجية المجانية.

مجالات عمل المعلوماتية الحيوية

يومًا بعد يوم تزداد فرص العمل المتوفرة ويزداد حجم الاستثمار في هذا المجال. كمتخصص معلوماتية حيوية، يمكنك العمل في الشركات الصيدلانية وشركات المنتجات الحيوية، بالإضافة إلى المستشفيات ومراكز الأبحاث.

يختلف متوسط الرواتب باختلاف الخبرة والشهادة التي تحملها، وباختلاف البلد أيضًا، ولكن بشكل عام، يتقاضى المتخصص قرابة 60,000 دولار أمريكي سنويًا، بينما من يحمل الدكتوراة في هذا المجال قد يصل مرتبه إلى 95,000 دولار أمريكي سنويًا (المصدر هنا).

تطبيقات المعلوماتية الحيوية وأهميتها

في المجال الطبي مثلًا، تساهم المعلوماتية الحيوية في اكتشاف وتصميم الأدوية Drug Design and Discovery، حيث تلعب دورًا في التنبؤ بالبنية البروتينية للمستقبلات الخلوية، وهو من المراحل المهمة في رحلة اكتشاف دواء جديد.

كما تساهم أيضًا في العلاج الجيني Gene Therapy، وهو أحد أهم المجالات الطبية الحديثة التي تشكل أملًا لعلاج الكثير من الأمراض المزمنة والغير قابلة للعلاج بالطرق التقليدية.

للمعلوماتية الحيوية تطبيقات عديدة فيما يخص الطب الشخصي  Personalized Medicine، وهو نموذج من الممارسات العلاجية المصممة خصيصًا لكل مريض استنادًا لطبيعة مرضه والاستجابة المتوقعة.

يجدر الإشارة إلى الدور الكبير للمعلوماتية الحيوية في إنجاز مشروع الجينوم البشري، والذي حدّد السلسلة الجينيّة الكاملة للإنسان.

في المجال الزراعي والبيئي، تساهم المعلوماتية الحيوية في تطوير المحاصيل الزراعية وتحسين جودة الأغذية، والتغلب على مشكلة تطور مقاومة الحشرات للمبيدات الحشرية، والعديد من التطبيقات الأخرى المفيدة.

تحديات ومستقبل المعلوماتية الحيوية

سوف توفر لنا المعلوماتية الحيوية مستقبلًا إمكانية دمج مجموعة كبيرة من مصادر البيانات، مثل البيانات الجينية والسريرية لفهم الأمراض وتوقع حدوث الطفرات في المورثات. دمج أنظمة الطقس مع بيانات الأنماط الوراثية للمحاصيل سوف يسمح بتوقع نتائج التجارب الزراعية. بناء نماذج حاسوبية تحاكي طبيعة الاستجابة الخلوية وتتوقع الجزيئة الدوائية الأفضل، مما يقلل الوقت والتكلفة المطلوبة لتصميم الدواء.

رغم كونها مجالًا رائعًا ومحبوبًا من قبل الكثير من العلماء، إلا أن هنالك بعض التحديات التي تواجهها. تتلخص هذه التحديات في قلة عدد الباحثين والمتخصصين في هذا المجال، وجود ثغرات في معرفة المعلوماتية الحيوية نتيجة حداثة نشأة هذا المجال، صعوبة دراسة وتحليل أنماط التعبير الجيني وافتقارنا إلى الأدوات اللازمة لتحويل هذه الأنماط إلى نموذج مفهوم من قبل الحاسوب.

مصادر تعلم المعلوماتية الحيوية

كما ذكرنا سابقًا، يمكنك دراسة هذا المجال جامعيًا، هنالك جامعات توفر برامج دراسية عبر الإنترنت، لتحصل على شهادة من هذه الجامعة بعد إتمامك لجميع المساقات الدراسية. يمكنك التعرف على الجامعات التي توفر برامج دراسية لمجال المعلوماتية الحيوية عبر الرابط هنا.

لكن هنالك من يريد التعرف على هذا المجال قبل الالتحاق ببرنامج أكاديمي، أو يريد تعلمه بشكل ذاتي بدافع الشغف، أو ليس لديه القدرة على دفع رسوم الجامعات والتي غالبًا ما تكون مكلفة جدًا.

لذلك نقدم لك بعضًا من المصادر التي يمكنك الاستعانة بها في تعلم المعلوماتية الحيوية، سواءً كنت تريد تعلمها ذاتيًا أو أكاديميًا.

محاضرات وكورسات

  1. فيديو من TEDx Talks يشرح بعضًا من تطبيقات واستخدامات المعلوماتية الحيوية في مجال الأمراض بإسلوب ملهم وجميل (الرابط هنا).
  2. مقدمة من جزئين عن المعلوماتية الحيوية مشروحه بشكل منظم للراغبين بأخذ لمحة سريعة عن هذا المجال. (هنا و هنا
  3.  سلسلة من  30 محاضرة من جامعة كاليفورنيا عن أساسيات الخوارزميات في المعلوماتية الحيوية (Fundamental Algorithms in Bioinformatics) على اليوتيوب. (هنا)
  4. مجموعة كورسات Bioinformatics من منصة  Edx، بعضها مجاني، هنا.

كتب مفيدة مجانية

  1. Bioinformatics for Dummies
  2. Essential Bioinformatics
  3. Basics of Bioinformatics
  4. An Introduction to Bioinformatics Algorithms
  5. Bioinformatics: Sequence, structure & databanks

مصادر  لتعلم لغة بايثون للمبتدئيين

  1. Programming Fundamentals in Python كورس من جزئين يقوم بتعليمك البرمجة من الصفر، الكورس مجاني ومقدم من معهد بايثون الرسمي. الرابط هنا.
  2. Complete Python Bootcamp كورس جيد من Udemy. الرابط هنا.
  3. كورس بايثون على اليوتيوب، الرابط هنا.
  4. Python for Biologists، الرابط هنا.

حسابات خبراء على السوشال ميديا

حساب مختص المعلوماتية الحيوية نواف العمران على تويتر، هنا.

مصادر عربية

  1. قناة يوتيوب لتعلم المعلوماتية الحيوية باللغة العربية، هنا.
  2. موقع عربي متخصص بالمعلوماتية الحيوية بالعربية، هنا.

مصادر أخرى

  1. قاموس ومرجع مفيد للمصطلحات الشائعة والمستخدمة في مجال المعلوماتية الحيوية، هنا.
  2. إذا كان لديك سؤال في البيولوجيا فهذا موقع مفيد، هنا.

أخيرًا .. نصيحة

العالم توماس ليندال الحائز على جائزة نوبل في الكيمياء عام 2015، طُلبَ منه في أحد اللقاءات تقديم نصيحة للطلاب الذين يتطلعون لتحقيق اكتشاف أو إنجاز كبير، فقال: “اعمل على شيء يظن أغلب زملائك أنه مُملٌ أو بعيدٌ عن المسار، فقد تكون محظوظاً وتجد مجالًا لا يوجد فيه منافسةٌ كبيرة”.

نصيحة ليندال هذه جوهرية ورائعة، فالمجالات الجديدة غالبًا ما تكون عظيمة ومليئة بالأسئلة التي تحتاج إلى من يجيب عنها، ومليئة بالفرص التي تحتاج من يستغلها. لذا، تعد المعلوماتية الحيوية Bioinformatics اختيارًا موفقًا إن كنت شغوفًا للبرمجة أو علوم الحياة، وتحب استكشاف مجالات فريدة ومتميزة.

مقالات مرتبطة: شهادة البورد الأمريكي في الصيدلة Board of Pharmacy : كل ما تحتاج معرفته