تعد موسوعة كيوتو للجينات والمجينات (KEGG) واحدة من أهم الموارد البيولوجية الرقمية، حيث توفر قاعدة بيانات شاملة لدراسة الجينومات، المسارات البيولوجية، الأمراض، الأدوية، والمواد الكيميائية.
تُستخدم KEGG على نطاق واسع في أبحاث المعلوماتية الحيوية والتعليم، بما في ذلك تحليل البيانات في مجالات الجينوميات، الميتاجينوميات، الميتابولوميات، والنمذجة البيولوجية. كما تلعب دورًا رئيسيًا في تطوير الأدوية وفهم الأنظمة البيولوجية المعقدة من خلال الربط بين الجينات، البروتينات، والتفاعلات الكيميائية.
- تاريخ وتطور KEGG
بدأ مشروع KEGG في عام 1995، بإشراف البروفيسور مينورو كانيهيسا من معهد الأبحاث الكيميائية بجامعة كيوتو، كجزء من برنامج الجينوم البشري الياباني. أدرك كانيهيسا الحاجة إلى مورد حاسوبي يمكنه تفسير البيانات الجينومية وربطها بالمعرفة البيولوجية التجريبية، مما أدى إلى إنشاء قاعدة بيانات KEGG PATHWAY، التي تحتوي على خرائط مسارات بيولوجية مترابطة.
مع مرور الوقت، توسعت KEGG لتشمل قواعد بيانات متكاملة تغطي مختلف المجالات البيولوجية، مما جعلها من الأدوات الأساسية في مجال المعلوماتية الحيوية وتحليل البيانات الجينومية.
- مكونات KEGG
يمكن تقسيم KEGG إلى أربع فئات رئيسية، كل منها تحتوي على عدة قواعد بيانات فرعية:
1. معلومات الأنظمة (Systems Information)
- KEGG PATHWAY: خرائط مسارات بيولوجية تمثل التفاعلات الجزيئية داخل الخلايا والأنظمة الحية.
- KEGG MODULE: وحدات وظيفية تحدد المجموعات الجينية والإنزيمات.
- KEGG BRITE: تصنيفات هرمية للكائنات البيولوجية والمركبات الكيميائية.
2. معلومات الجينوم (Genomic Information)
- KEGG GENOME: معلومات حول الجينومات الكاملة للكائنات الحية.
- KEGG GENES: بيانات متعلقة بالجينات والبروتينات المشفرة في الجينومات الكاملة.
- KEGG ORTHOLOGY: مجموعات الجينات المتماثلة في الجينومات المختلفة، مما يساعد في فهم التطور الجيني.
3. المعلومات الكيميائية (Chemical Information)
- KEGG COMPOUND, KEGG GLYCAN: قواعد بيانات المركبات الكيميائية والجليكانات.
- KEGG REACTION, KEGG RPAIR, KEGG RCLASS: بيانات التفاعلات الكيميائية وأنماطها المختلفة.
- KEGG ENZYME: معلومات حول تصنيف ووظائف الإنزيمات في المسارات البيوكيميائية.
4. المعلومات الصحية (Health Information)
- KEGG DISEASE: قاعدة بيانات حول الأمراض البشرية وارتباطها بالجينات والبروتينات.
- KEGG DRUG: بيانات الأدوية المعتمدة والعوامل الكيميائية المستخدمة في العلاجات.
- KEGG ENVIRON: معلومات حول تأثيرات المواد البيئية على الصحة والأمراض.
استخدامات KEGG في البحث والتعليم
1. تحليل البيانات الجينومية
تُستخدم KEGG في تفسير البيانات الجينومية وربط الجينات بوظائفها البيولوجية. على سبيل المثال، يمكن للباحثين تحديد الجينات المرتبطة بمسار أيضي معين أو التفاعلات الكيميائية داخل الخلايا.
2. دراسات الميتاجينوميات والميتابولوميات
تساعد KEGG في تحليل الأنظمة البيولوجية على نطاق واسع، حيث يمكن استخدامها في دراسة الميكروبات في بيئاتها الطبيعية، مما يسهم في فهم العلاقات التعايشية والتفاعلات الكيميائية بين الكائنات الحية.
3. النمذجة والمحاكاة في علم الأحياء النظمي
يستخدم العلماء KEGG لإنشاء نماذج رياضية للأنظمة البيولوجية، مما يساعد في التنبؤ بتأثيرات الطفرات الجينية أو العلاجات الدوائية على المسارات الأيضية.
4. تطوير الأدوية والعلاجات المستهدفة
توفر KEGG بيانات تفصيلية عن الأدوية والهدف الجزيئي لكل دواء، مما يساعد الباحثين في تصميم أدوية جديدة تستهدف مسارات بيولوجية محددة.
- التحديات والمستقبل
التحديات
- تحديث البيانات الضخمة: مع زيادة البيانات الجينومية، تصبح الحاجة إلى تحديث قواعد بيانات KEGG بشكل منتظم ضرورية لضمان دقة المعلومات.
- تكامل البيانات: ربط بيانات الجينوم مع المعلومات البيوكيميائية والطبية يتطلب جهودًا مستمرة في تطوير تقنيات تحليل البيانات.
- التوافق مع التقنيات الحديثة: مع ظهور تقنيات الذكاء الاصطناعي والتعلم العميق، من الضروري دمج KEGG مع أدوات التحليل المتقدمة.
المستقبل
- تعزيز الطب الشخصي: ستساهم KEGG في تصميم علاجات مخصصة تعتمد على المعلومات الجينومية لكل فرد.
- التوسع في تطبيقات الذكاء الاصطناعي: تحسين تحليل البيانات البيولوجية باستخدام تقنيات التعلم الآلي.
- زيادة التعاون الدولي: من المتوقع أن تتوسع KEGG من خلال شراكات جديدة مع مؤسسات بحثية حول العالم.
