biobánkų tipològija, biobankų grupavimas pagal kaupiamų biologinių ėminių tipą ar sveikatos informaciją. Dažniausiai biobankai skirstomi į šiuos tipus: specifinių ligų, populiacijos, gyvūnų, augalų, mikroorganizmų ir duomenų biobankus.
Specifinių ligų biobankai
Specifinių ligų biobankai – specializuotos saugyklos, kuriose renkami, tvarkomi bei saugomi specifinėmis ligomis sergančių žmonių biologiniai ėminiai ir sveikatos informacija. Vienas pagrindinių specifinių ligų biobankų privalumų yra galimybė atlikti plataus masto tyrimą su gerai aprašytomis pacientų kohortomis (tiksliai apibrėžta asmenų grupė, tam tikrą laikotarpį stebima mokslo tikslais). Mokslininkai gali palyginti specifine liga sergančių žmonių mėginius su kontroline sveikų žmonių grupe ir taip identifikuoti ligai būdingas molekules, genetines variacijas ir aplinkos veiksnius, galinčius lemti ligos išsivystymą bei plitimą. Tokie biobankai stiprina mokslininkų ir gydytojų bendradarbiavimą, leidžia klinikinėje praktikoje greičiau įdiegti mokslinius atradimus.
Specifinių ligų biobankuose dažniausiai kaupiama tiriamo asmens amžiaus ir lyties, diagnozės, taikyto gydymo, laboratorinių tyrimų rezultatų, nustatytos genetinės mutacijos informacija. Tirdami tokias ėminių kolekcijas mokslininkai gali nagrinėti ligos eigą, ieškoti naujų biologinių žymenų, analizuoti su liga susijusias genetines mutacijas, stebėti atsakus į skirtingus vaistus ar kurti naujus gydymo būdus ir diagnostikos testus.
Tokie biobankai suteikia tyrėjams prieigą prie tinkamai charakterizuotos specifine liga sergančių pacientų ėminių kolekcijos. Kolekciją dažniausiai sudaro tokie biologiniai ėminiai kaip audiniai (pvz., operacijos metu pašalintas navikas, organas ar jo dalis), kraujas ir jo komponentai, deoksiribonukleorūgštis (DNR), ribonukleorūgštys, ląstelės. Neatsiejama biobanko kolekcijos dalis yra sveikatos informacija.
Siekdami užtikrinti biologinių ėminių bei sveikatos informacijos vientisumą ir patikimumą, specifinių ligų biobankai nustato griežtas kokybės kontrolės priemones. Šiuose biobankuose, skirtingai nuo kitų, kaupiamas daug didesnis jautrių duomenų kiekis. Tokie biobankai įprastai steigiami ligoninėse, t. p. akademinėse įstaigose bei privačiame sektoriuje. Dažnai specifinių ligų biobankai kaupia daugiau nei viena liga sergančių pacientų ėminius, tačiau yra ir tokių, kurie specializuojasi tirdami tam tikrą ligą: vėžį, širdies ir kraujagyslių ligas, neurologinius sutrikimus, konkrečią autoimuninę ligą, infekcinę ar retą genetinę ligą.
Populiacijos biobankai
Šie biobankai yra konkrečios populiacijos žmonių biologinių ėminių bei su jais susijusios sveikatos informacijos saugyklos. Tokio biobanko tikslas yra rinkti ir saugoti biologinius ėminius, kurie atspindėtų bendrą tendenciją visoje grupėje. Dažniausiai tokie biobankai kaupia žmonių DNR mėginius, tačiau būna renkamas ir kraujas ar šlapimas. Kartu su ėminiais renkama ir informacija apie žmogų – lytis, amžius, rasė, ligų istorija, informacija apie gyvenimo būdą, genetinis profilis bei kiti svarbūs duomenys. Tokie biobankai dažniausiai kuriami universitetuose bei mokslo įstaigose. Populiaciniai biobankai kaupia skirtingų geografinių vietovių, įvairių etninių grupių bei amžiaus žmonių ėminius, nes mokslininkams tai leidžia geriau suprasti gyvensenos, ligų bei atsako į vaistus skirtumus įvairiose gyventojų grupėse. Kai ėminiai ir sveikatos informacija renkami periodiškai kelis ar net keliasdešimt metų, ilgalaikis stebėjimas padeda įvertinti sergamumą skirtingomis ligomis, stebėti gyvenimo būdo pokyčių bei aplinkos veiksnių poveikį sveikatai, įvertinti gydymo rezultatus ar genetinius pokyčius per visą žmogaus gyvenimą.
Mikrobiologiniai biobankai
Mikrobiologiniai biobankai renka, išskiria ir saugo įvairias mikroorganizmų rūšis – bakterijas, virusus, grybus ir archėjas. Surinkimo procesas apima kruopščią mikroorganizmų rūšių atranką ir identifikavimą, dažnai naudojant tradicinių (pvz., mikroskopija) bei molekulinių (pvz., genetinės informacijos identifikavimas) metodų derinį. Išskirti mikroorganizmai auginami jiems pritaikytose optimaliose sąlygose, siekiant užtikrinti jų ilgalaikį gyvybingumą ir genetinį stabilumą. Mikrobiologiniuose biobankuose dažniausiai taikomi šie saugojimo metodai: šaldymas, džiovinimas šalčiu bei nuolatinis kultivavimas. Labiausiai paplitęs metodas – mikroorganizmų užšaldymas naudojant skystą azotą arba itin žemos temperatūros šaldiklius. Džiovinant šalčiu (liofilizacija) iš mikroorganizmų ląstelių pašalinami vandens lašeliai, todėl susidaro sausi, stabilūs mikroorganizmų ląstelių milteliai. Tokio saugojimo būdo privalumas yra tas, kad šiuos miltelius galima saugoti paprastuose šaldytuvuose (4–8 °C) ir paprasta transportuoti. Taikant nuolatinį kultivavimą mikroorganizmai reguliariai perkeliami į šviežią auginimo terpę siekiant išlaikyti gyvybingumą bei išvengti genetinės kaitos.
Mikrobiologiniai biobankai yra naudojami moksliniuose tyrimuose, pramonėje bei medicinoje. Jie padeda tyrinėjant mikroorganizmų ekologiją, evoliuciją, įvairovę, mikroorganizmų poveikį aplinkai ir žmonių sveikatai. Mikrobiologiniai biobankai naudingi tiriant patogeninius mikroorganizmus, padeda kurti diagnostikos metodus, antimikrobines terapijas bei vakcinas. Biotechnologijų pramonės sektoriaus biobankuose saugomi mikroorganizmai naudojami kaip fermentų, metabolitų ir kitų bioaktyviųjų medžiagų šaltiniai. Šie mikroorganizmai t. p. naudojami biokuro, maisto ir gėrimų bei vaistų gamyboje.
Mikroorganizmų biobankų veikla yra griežtai kontroliuojama siekiant užkirsti kelią nevaldomam pavojingų mikroorganizmų išplitimui.
Augalų biobankai
Šio tipo biobankai saugo augalų genetinius išteklius, kurie yra svarbūs gerinant auginamų pasėlių derlių, siekiant išsaugoti nykstančias augalų rūšis ir aiškinantis augalų evoliuciją bei ekologiją. Tokiose saugyklose saugomos sėklos, žiedadulkės, gemalai, meristeminiai audiniai, pumpurai, ūgliai. Siekiant ir moksliniais, ir agrokultūriniais tikslais išsaugoti įvairių augalų bei jų dalių genetinių išteklių kolekcijas dažniausiai rengiamos ekspedicijos į įvairius pasaulio regionus, renkami augalų pavyzdžiai iš natūralių buveinių. Surinktos kolekcijos kruopščiai aprašomos: dokumentuojama augalo rūšis, augimo vieta bei kitos svarbios detalės. Saugojimo metodai priklauso nuo saugomų augalų dalių. Sėklos yra džiovinamos ir saugomos žemos temperatūros bei mažo drėgnumo sąlygomis. Kitos augalų dalys dažniausiai saugomos labai žemų temperatūrų šaldikliuose (nuo –80 °C iki –196 °C). Taip efektyviai išsaugomas augalo genetinis vientisumas.
Augalų biobankai prisideda prie pasėlių gerinimo programų. Jie selekcininkams suteikia medžiagos, leidžiančios sukurti ligoms, sausrai, maistinių medžiagų trūkumui atsparesnes veisles. Augalų biobankai svarbūs vykdant bioįvairovės atkūrimo programas, nes juose išsaugomos dėl žmonių veiklos bei klimato kaitos nykstančios retos augalų rūšys. Dažniausiai augalų biobankai steigiami universitetuose, botanikos soduose, vyriausybinėse įstaigose bei privačiose įmonėse. Žymiausias pasaulyje augalų biobankas yra Svalbardo pasaulinė sėklų saugykla Špitsbergeno saloje. Šis Norvegijoje esantis biobankas skirtas kuo didesniam skirtingų rūšių augalų sėklų kiekiui išsaugoti.
Svalbardo pasaulinė sėklų saugykla
2008 pastatyta saugykla yra sukonstruota taip, kad galėtų atlaikyti įvairias grėsmes, įskaitant žemės drebėjimus, gaisrus ir net branduolinį karą. Iki 2023 biobanke buvo sukaupta daugiau kaip milijonas augalų sėklų iš beveik visų pasaulio šalių. Numatyta šioje saugykloje išsaugoti apie 4,5 mln. sėklų.
Gyvūnų biobankai
Tai skirtingų gyvūnų – žinduolių, paukščių, roplių, varliagyvių ir žuvų – genetinių išteklių saugyklos. Juose saugomi įvairūs gyvūnų biologiniai ėminiai: DNR, kraujas, audiniai bei reprodukcinės ląstelės. Ėminiai naudojami tiriant gyvūnų ligas, kuriant naujus vaistus ir diagnostikos metodus, šie biobankai padeda išsaugoti nykstančias gyvūnų rūšis ir dalyvauja veislininkystės programose. Mokslininkų, zoologijos sodų, laukinės gamtos agentūrų ir gamtosaugos organizacijų bendradarbiavimas lemia sėkmingą gyvūnų ėminių surinkimą. Ėminiams surinkti gali būti naudojami tik neinvaziniai bei minimaliai invaziniai metodai. Saugojimo metodai priklauso nuo biologinės medžiagos tipo. Gyvūnų kraujas bei DNR saugomi žemesnėje nei –80 °C temperatūroje, reprodukcinės ląstelės (sperma, oocitai), embrionai privalo būti saugomi žemesnėje nei –150 °C temperatūroje. Kartais biologinėse saugyklose yra saugoma ir gyvos gyvūnų populiacijos, todėl kai kuriuos specializuotus zoologijos sodus irgi galima vadinti gyvūnų biobankais.
Duomenų biobankai
Šio tipo biobankai yra saugyklos, kuriose saugomi ir tvarkomi didžiuliai kiekiai struktūrizuotų duomenų, įskaitant genetinius duomenis, klinikinius įrašus, nuotraukas, aplinkos duomenis, socialinius duomenis ir kita. Tokie biobankai veikia kaip centralizuota ir saugi platforma informacijai tvarkyti, ji skatina įvairių sričių mokslininkų bendradarbiavimą.
Dažniausiai duomenų šaltiniai yra žmogaus sveikatos istorija, mokslinės studijos, klinikiniai tyrimai, viešieji įrašai, apklausos bei įvairios kitos skaitmeninės platformos. Duomenų tvarkymas apima duomenų rinkinių valymą ir anotavimą, siekiant padidinti jų vertę bei padaryti juos patogius moksliniams tyrimams atlikti. Duomenų biobankai didžiausią dėmesį skiria informacijos anonimiškumo užtikrinimui, kad būtų apsaugotas duomenų subjektų privatumas. Šio tipo biobankų veiklai yra būtini didelio našumo serveriai bei debesies saugyklos.
21 a. 2 dešimtmetyje populiarėjant dirbtinio intelekto sprendimams duomenų biobankai gali teikti duomenis, reikalingus dirbtiniam intelektui apmokyti. Pavyzdžiui, pateikiant dirbtiniam intelektui didelį kiekį rentgeno, kompiuterinės tomografijos bei magnetinio rezonanso vaizdų, jis padeda diagnozuoti ligas. Naudodamas genetinius duomenis dirbtinis intelektas gali konkrečiam pacientui parinkti individualų gydymo planą. Dirbtiniam intelektui pateikiant didelį kiekį epidemiologinių duomenų įmanoma prognozuoti užkrato plitimą konkrečioje šalyje.
3239
3238