Biểu hiện gen và protein
Sự biểu hiện của nhiều gen có thể được xác định bằng cách đo nồng độ mRNA với nhiều kỹ thuật bao gồm các phép phân cực, trình tự trình tự chuỗi DNA (cDNA sequencing), phân tích nối tiếp biểu thức trình tự biểu hiện gen (SAGE), RNA-Seq, còn được gọi là “toàn bộ trình tự Shotgun Transcriptome Sequencing” (WTSS), hoặc các ứng dụng khác nhau của multiplexed in-situ hybridization. Tất cả các kỹ thuật này đều cực kỳ dễ bị tiếng ồn và / hoặc thiên vị trong phép đo sinh học, và một lĩnh vực nghiên cứu chủ yếu trong sinh học tính toán bao gồm việc phát triển các công cụ thống kê để tách tín hiệu khỏi tiếng ồn trong các nghiên cứu biểu hiện gen cao. Các nghiên cứu này thường được sử dụng để xác định các gen liên quan đến rối loạn: người ta có thể so sánh dữ liệu microarray từ tế bào biểu mô ung thư với dữ liệu từ các tế bào không phải ung thư để xác định các bản sao được điều chỉnh và điều chỉnh xuống trong một quần thể tế bào ung thư cụ thể .
Phân tích biểu hiện protein
Các protein siêu nhỏ và quang phổ khối lượng lớn (mass spectrometry – MS) có thể cung cấp một ảnh chụp nhanh các protein có trong một mẫu sinh học. Thông tin sinh học đóng vai trò rất quan trọng trong việc tạo ra các dữ liệu vi mô protein và dữ liệu HTMS; phương pháp tiếp cận cũ cũng gặp phải những vấn đề tương tự với các mô hình microarray nhắm mục tiêu đến mRNA, thứ hai liên quan đến vấn đề kết hợp khối lượng lớn dữ liệu khối lượng với khối lượng dự đoán từ các cơ sở dữ liệu chuỗi protein và phân tích thống kê phức tạp các mẫu ở đó nhiều peptide phát hiện
Phân tích các quy định
Quy định là sự phối hợp phức tạp các sự kiện mà theo đó một tín hiệu, một tín hiệu ngoại vi tiềm ẩn như một hoóc môn, cuối cùng dẫn đến sự gia tăng hoặc giảm hoạt động của một hoặc nhiều protein. Kỹ thuật tin sinh học đã được áp dụng để khám phá các bước khác nhau trong quá trình này.
Ví dụ, biểu hiện gen có thể được quy định bởi các yếu tố lân cận trong bộ gen. Phân tích của Promoter liên quan đến việc xác định và nghiên cứu các mô típ chuỗi trong DNA xung quanh vùng mã hóa của gen. Những mô típ này ảnh hưởng đến phạm vi mà vùng đó được chuyển mã thành mRNA. Các yếu tố Enhancer cách xa promoter cũng có thể điều chỉnh biểu hiện gen, thông qua các tương tác lặp ba chiều. Những tương tác này có thể được xác định bằng cách phân tích tin sinh học của các thí nghiệm chụp cấu tạo nhiễm sắc thể.
Dữ liệu biểu hiện có thể được sử dụng để suy ra sự điều chỉnh gen: người ta có thể so sánh các dữ liệu vi mô từ nhiều trạng thái của một cơ thể để tạo ra giả thuyết về các gien liên quan đến mỗi trạng thái. Trong một sinh vật đơn bào, người ta có thể so sánh các giai đoạn của chu kỳ tế bào, cùng với các điều kiện căng thẳng khác nhau (sốc nhiệt, đói, vv). Sau đó người ta có thể áp dụng thuật toán phân cụm để biểu hiện đó để xác định gen nào được đồng biểu hiện. Ví dụ, các khu vực thượng nguồn (promoters) của các gen đồng biểu hiện có thể được tìm kiếm các yếu tố điều tiết có đại diện. Các ví dụ về các thuật toán phân cụm được áp dụng trong phân cụm gen là tập hợp k-means, các bản đồ tự tổ chức (SOMs), phân cụm theo thứ bậc, và các phương pháp phân cụm đồng thuận.
Phân tích tổ chức tế bào
Một số phương pháp đã được phát triển để phân tích vị trí của cơ quan, gen, protein, và các thành phần khác trong tế bào. Điều này có liên quan vì vị trí của các thành phần này ảnh hưởng đến các sự kiện trong một tế bào và do đó giúp chúng ta dự đoán hành vi của các hệ sinh học. Loại bản thể học gen, khoang tế bào, đã được thiết kế để nắm bắt địa phương hóa tế bào dưới nhiều cơ sở dữ liệu sinh học.
Kính hiển vi và phân tích hình ảnh
Hình ảnh vi cho phép chúng ta xác định cả hai cơ quan cũng như các phân tử. Nó cũng có thể giúp phân biệt giữa các tế bào bình thường và dị thường, ví dụ như trong bệnh ung thư.
Protein nội địa hóa
Việc địa hoá hóa protein giúp chúng ta đánh giá vai trò của một protein. Ví dụ, nếu một protein được tìm thấy trong hạt nhân nó có thể liên quan đến việc điều chỉnh gen hoặc nối. Ngược lại, nếu một protein được tìm thấy trong ty thể, nó có thể liên quan đến hô hấp hoặc các quá trình trao đổi chất khác. Protein nội địa hoá là một thành phần quan trọng của dự đoán hàm lượng protein. Có các tài nguyên tiên đoán địa phương hoá protein tiểu bào phát triển tốt, bao gồm các cơ sở dữ liệu địa điểm và các công cụ dự đoán protein subcellualr.
Tổ chức hạt nhân của nhiễm sắc thể
Bài chi tiết: Tổ chức hạt nhân
Dữ liệu từ các thí nghiệm chụp cấu tạo nhiễm sắc thể thông lượng cao như Hi-C (thí nghiệm) và ChIA-PET, có thể cung cấp thông tin về khoảng cách không gian của loci DNA. Phân tích các thí nghiệm này có thể xác định cấu trúc ba chiều và tổ chức hạt nhân của nhiễm sắc thể. Các thách thức về sinh học trong lĩnh vực này bao gồm phân chia bộ gen vào các lĩnh vực, chẳng hạn như các liên kết liên kết (Tolog), được tổ chức với nhau trong không gian ba chiều