سیگنال ژنومی (Genomic Signal)، در ریاضیات (Mathematics)
انواع سیگنال ها (Signal) را در آموزش زیر شرح دادیم :
سیگنال ژنومی (Genomic Signal) :
تعریف: سیگنال ژنومی (genomic) به دنباله ای از داده های حاصل از توالی یابی DNA یا RNA گفته می شود. اگرچه توالی ژنومی در اصل یک رشته از حروف (A, C, G, T) است، با نگاشت این حروف به اعداد، می توان آن را به عنوان یک سیگنال دیجیتال در نظر گرفت و از روش های پردازش سیگنال برای تحلیل آن استفاده کرد.
نگاشت به سیگنال عددی: روش های مختلفی برای تبدیل حروف به اعداد وجود دارد: نگاشت دودویی (مثلا A=1, C=0, G=0, T=0 برای یک موقعیت خاص)، نگاشت عددی ساده (A=1, C=2, G=3, T=4)، یا نگاشت های پیچیده تر مبتنی بر خواص فیزیکوشیمیایی نوکلئوتیدها.
\[ x[n] = f(\text{DNA}_n) \]کاربردهای پردازش سیگنال در ژنومیک: شناسایی نواحی کدکننده پروتئین (gene finding)، تشخیص ناحیه های تکراری، تحلیل دوره های نهفته (hidden periodicities)، مقایسه توالی ها، و شناسایی جهش ها.
تبدیل فوریه در ژنومیک: از تبدیل فوریه برای شناسایی دوره های تناوب در توالی DNA استفاده می شود. برای مثال، در نواحی کدکننده، یک دوره تناوب ۳ تایی (به دلیل ساختار کدون) دیده می شود.
\[ X(k) = \sum_{n=0}^{N-1} x[n] e^{-j2\pi kn/N} \]آنالیز موجک: تبدیل موجک برای شناسایی نواحی خاص (مثل نواحی با حساسیت بالا به برش آنزیمی) و تحلیل ساختارهای مقیاسی در ژنوم استفاده می شود.
مثال عملی: پروژه ژنوم انسان، توالی ۳ میلیارد جفت بازی DNA انسان را مشخص کرده است. پردازش این حجم عظیم داده نیازمند روش های پیشرفته پردازش سیگنال است.
ژنومیک مقایسه ای: با تبدیل ژنوم موجودات مختلف به سیگنال و مقایسه آنها، می توان نواحی حفاظت شده در طول تکامل را شناسایی کرد که احتمالا عملکرد مهمی دارند.
چالش ها: طول بسیار زیاد توالی ها (میلیاردها جفت باز)، نویز داده های توالی یابی، و انتخاب نگاشت مناسب از حروف به اعداد.
جمع بندی: سیگنال ژنومی یک زمینه بین رشته ای جذاب است که از ابزارهای پردازش سیگنال برای درک اطلاعات نهفته در DNA استفاده می کند.
