Θέματα Διαχείρισης Δεδομένων Για Εφαρμογές Βιοεπιστημών

Abstract

Τα τελευταία δεκαπέντε χρόνια, σημαντικές εξελίξεις στον ερευνητικό χώρο επιστημών του ευρύτερου τομέα της βιολογίας (αποκωδικοποίηση γονιδιωμάτων, αποτελέσματα σύγχρονων πειραμάτων της γενετικής, της μοριακής βιολογίας) έχουν εγείρει νέες προκλήσεις για τη διαχείριση βάσεων δεδομένων και την πληροφορική, αφού έχουν συσσωρεύσει τεράστιο πλήθος πολυειδών δεδομένων. Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται με θέματα γύρω από την αποθήκευση και επεξεργασία αυτών. Αρχικά γίνεται προσπάθεια να προσεγγιστούν με τη ματιά του μηχανικού υπολογιστών απαραίτητες έννοιες σχετικές με τις λειτουργίες που λαμβάνουν χώρα στους ζωντανούς οργανισμούς καθώς και τη δομή των υποκειμένων και αντικειμένων τούτων των ενεργειών. Περιγράφονται, έτσι, μεταξύ των άλλων το κεντρικό δόγμα της μοριακής βιολογίας, η μεταγραφή, η μετάφραση, οι DNA sequencers, τα microarray πειράματα, τα νουκλεϊκά οξέα, οι πρωτεΐνες, το κύτταρο. Αναλύονται, επίσης, η ποικιλομορφία και τα ειδικά χαρακτηριστικά των δεδομένων των βιοεπιστημών, ενώ ενδιαφέρουν και τα διάφορα πρότυπα με τα οποία αποθηκεύονται στις υπάρχουσες βάσεις. Απασχολούν λ.χ. οι ιδιότητες ακολουθιών νουκλεοτιδίων ή αμινοξέων, τρισδιάστατων δομών μακρομορίων, βιολογικών μονοπατιών, όπως και το μοντέλο του NCBI, το BIOML και άλλα XML πρότυπα. Τα ερωτήματα που θέτουν οι αντίστοιχοι επιστήμονες και οι εργασίες που χρειάζεται να εκτελούν αποτελούν επιπλέον αντικείμενο μελέτης. Τέτοιες είναι, για παράδειγμα, η σύγκριση ακολουθιών, η φυλογενετική ανάλυση, η sequence assembly, ο προσδιορισμός δομής από ακολουθία. Από τα προηγούμενα γίνεται εφικτό να εντοπιστούν κύρια προβλήματα (π.χ. προέλευση και ενοποίηση δεδομένων), στα οποία πρέπει να δώσει απάντηση η τεχνολογία των βάσεων δεδομένων και προτείνονται ορισμένες πιθανές λύσεις (επεκτάσεις στην SQL, ανάπτυξη νέου μοντέλου και γλώσσας) για περαιτέρω έρευνα. Τέλος, εξετάζονται το εργαλείο BLAST και το Pathways Database System (PathCase) ως προς το σκοπό και το θεωρητικό υπόβαθρο αλλά και πειραματικά.