ביולוגיה חישובית

ביולוגיה חישובית היא ענף מדעי צעיר ורב-תחומי שמשלב בין מדעי המחשב, סטטיסטיקה, פיזיקה, כימיה וביולוגיה, וזאת לצורך ניתוח והבנה של מערכות ביולוגיות מורכבות – מרמת המולקולה הבודדת ועד לרמת האורגניזם והאוכלוסייה.

ביולוגיה חישובית: בסיס הכרחי לרפואה מותאמת אישית

כלי הביולוגיה החישובית הפכו לחלק משמעותי ממרבית מחקרי הביולוגיה המתבצעים כיום. למעשה, כלים אלה מספקים את הבסיס שממנו יכולים מדענים בתחומי ידע שונים לחקור תופעות ביולוגיות שהיו בלתי ידועות עד כה. אחד מאותם תחומי ידע הוא הרפואה המותאמת אישית, תחום שבו נעשה שימוש רב בכלים ובטכניקות מתחום הביולוגיה החישובית לניתוח המבנה הגנטי הייחודי של כל מטופל תוך הצלבת המידע עם נתונים רפואיים אחרים.

כך, למשל, מסייעים כלי ביולוגיה חישובית לזהות מוטציות גנטיות שעשויות לתרום להתפתחות מחלות, ולפתח אסטרטגיות טיפול מותאמות אישית לנתוניו הייחודיים של כל אדם. לגישה זאת יש פוטנציאל לשנות את האופן שבו אנו מאבחנים ומטפלים במחלות שונות – ממחלות סרטן ולב ועד להפרעות גנטיות נדירות.

בשנים האחרונות רשם תחום הביולוגיה החישובית התקדמות ניכרת במגוון רחב של תחומי מחקר – מגנטיקה ופרוטאומיקה (חקר החלבונים) ועד לביולוגיה של מערכות ולמדעי המוח. כלים של בינה מלאכותית ולמידת מכונה משמשים אף הם בשנים האחרונות כלי עזר מחקרי בגילוי ובפיתוח של תרופות ושל אמצעי דימות מתקדמים, ומסייעים למדענים להגיע לתגליות משמעותיות ולתובנות חדשות באשר למערכות ביולוגיות מורכבות.

במרכז דנגור לרפואה מותאמת אישית באוניברסיטת בר-אילן פועלים כמה מהחוקרים, הרופאים והמדענים המובילים בישראל ובעולם בתחום הביולוגיה החישובית, הלוקחים חלק משמעותי במחקרים פורצי הדרך בתחום הרפואה המותאמת אישית.

ביולוגיה חישובית בתחום הגנטיקה ומיקרואורגניזמים

האפשרות לרצף את הגנום האנושי וההתקדמות הטכנולוגית בתחום הריצוף הגנטי והמידע הרב שנצבר ממאגרי המידע העצומים שמופו במיזמי הגנום יכולות לשמש לגילוי מוקדם של מחלות, לניבוי מסלול התפתחותן, ואף להתאמה אישית של הטיפול הרפואי על בסיס המידע הגנומי הייחודי של כל אדם.

הטכנולוגיות המתקדמות הקיימות היום אף מאפשרות למפות לא רק את הגנום של האדם אלא גם את הגנום של מגוון אורגניזמים קיימים, כגון חיידקים, פטריות או נגיפים – גם אלו שמחוללים מחלות וגם אלו שנמצאים בסימביוזה עם האדם. כך, נפתח פתח חדש להבנת תהליכים באוכלוסיות אלה, הן באופן כללי והן על פי הפרופיל הגנטי של כל אדם. בתחום זה, החוקרים שלנו נמצאים בחוד החנית של המדע העולמי והובילו לכמה פריצות דרך משמעותיות בשנים האחרונות, הן במישור הבריאות הגופנית של האדם והן במישור הבריאות הנפשית.    

ביולוגיה חישובית בתחום חקר מערכת החיסון

המעבדות שלנו עוסקות בפיתוח כלים חישוביים וסטטיסטיים לעיבוד ולניתוח של נתונים ביולוגיים הקשורים למערכת החיסון, מנקודת מבט מערכתית. מחקרינו חושפים את מנגנוני הפעולה של מערכת החיסון, באנשים בריאים כמו גם במצבים שונים של מחלות זיהומיות, אוטואימוניות, הזדקנות וסרטן.

בעזרת כלים אלה, חושפים החוקרים מנגנונים ותהליכים ביולוגיים שלא היו מוכרים עד כה למדע, ומשיגים תובנות שיוכלו בעתיד לשמש תרופות המצילות חיים ומשפרות את איכות החיים.

ביולוגיה חישובית בתחום חקר המחלות ופיתוח תרופות

מחקרינו מתמקדים גם בהיבטים המולקולריים המאפיינים מחלות מגוונות של האדם, וגם מתחקים אחר דרכי פעולתם של נגיפים, חיידקים וטפילים בגוף. על ידי שילוב גישות מבניות, ביו-פיזיות וביו-מכאניות לחקר ביולוגיית התא, חושפים המדענים שלנו את נבכי פעולתם של מבנים חלבוניים והקשרים ביניהם, ופותחים את הדלת לפיתוח תרופות חדשות למחלות זיהומיות שטרם נמצא להן מרפא.

נוסף על כך, תחום הביולוגיה החישובית מסייע בחקר הגורמים המשפיעים על האינטראקציה בין המערכות הביולוגיות ובין חומרים בעלי פעילות תרופתית, ובניבוי הפרופיל הפרמקולוגי של חומרים פעילים על מנת לפתח תרופות משופרות.