生物信息学论文

生物信息学论文 浅谈生物信息学的发展和前景 摘 要:本文阐述了生物信息学产生的背景，生物学数据库，生物信息学的主要研究内容，与生物信息学关系密切的数学和计算机科学技术领域，生物信息学产业等内容，展望了其未来并提出了若干在我国发展生物信息学的建议。着重指出，理解大量生物学数据所包括的生物学意义已成为后基因组时代极其重要的课。生物信息学的作用将日益重要。有理由认为，今日生物学数据的巨大积累将导致重大生物学规律的发现。生物信息学的发展在国内、外基本上都处在起步阶段。因此，这是我国生物学赶超世界先进水平的一个百年一遇的极好机会。 关键字:生物信息学 产生背景 发展现状 前景 随着生物科学技术的迅猛发展，生物信息数据资源的增长呈现爆炸之势，同时计算机运 算能力的提高和国际互联网络的发展使得对大规模数据的贮存、处理和传输成为可能，为了 快捷方便地对已知生物学信息进行科学的组织、有效的管理和进一步分析利用，一门由生命 科学和信息科学等多学科相结合特别是由分子生物学与计算机信息处理技术紧密结合而形 成的交叉学科——生物信息学(Bioinformatics)应运而生,并大大推动了相关研究的开展, 被誉为“解读生命天书的慧眼”。 一、生物信息学产生的背景 生物信息学是80年代未随着人类基因组计划(Human genome project)的启动而兴起的一门新的交叉学科。它通过对生物学实验数据的获取、加工、存储、检索与分析，进而达到揭示数据所蕴含的生物学意义的目的。由于当前生物信息学发展的主要推动力来自分子生物学，生物信息学的研究主要集中于核苷酸和氨基酸序列的存储、分类、检索和分析等方面，所以目前生物信息学可以狭义地定义为:将计算机科学和数学应用于生物大分子信息的获取、加工、存储、分类、检索与分析，以达到理解这些生物大分子信息的生物学意义的交叉学科。 事实上，它是一门理论概念与实践应用并重的学科。 生物信息学的产生发展仅有10年左右的时间---bioinformatics这一名词在1991年左右才在文献中出现，还只是出现在电子出版物的文本中。事实上，生物信息学的存在已有30多年，只不过最初常被称为基因组信息学。美国人类基因组计划中给基因组信息学的定义:它是一个学科领域，包含着基因组信息的获取、处理、存储、分配、分析和解释的所有方面。 自1990年美国启动人类基因组计划以来，人与模式生物基因组的测序工作进展极为迅速。迄今已完成了约40多种生物的全基因组测序工作，人基因组约3x109碱基对的测序工作也接近完成。至2000年6月26日，被誉为生命“阿波罗计划”的人类基因组计划终于完成了工作草图，预示着完成人类基因组计划已经指日可待。截止目前为止，仅登录在美国GenBank数据库中的DNA序列总量已超过70亿碱基对。此外，迄今为止，已有一万多种蛋白质的空间结构以不同的分辨率被测定。基于cDNA序列测序所建立起来的EST数据库其纪录已达数百万条。在这些数据基础上派生、整理出来的数据库已达500余个。这一切构成了一个生物学数据的海洋。这种科学数据的急速和海量积累，在人类的科学研究历史中是空前的。 数据并不等于信息和知识，但却是信息和知识的源泉，关键在于如何从中挖掘它们。与 正在以指数方式增长的生物学数据相比，人类相关知识的增长(粗略地用每年发的生物、医学论文数来代表)却十分缓慢。一方面是巨量的数据;另一方面是我们在医学、药物、农业和环保等方面对新知识的渴求，这些新知识将帮助人们改善其生存环境和提高生活质量。这就构成了一个极大的矛盾。这个矛盾就催生了一门新兴的交叉科学，这就是生物信息学。 二、生物信息学研究的发展现状 资金和实力非常重要，生物信息的研究投入短期不算大，但是结合成果，其投入相当的大。因为目前生物信息主要在于教学和和研究，商业领域的应用不算很广。如一套LIMS加上软件就要花上数千万。加上相关项目的研究开发，不是国内相关的机构所能承受的。所以需要得到政府的支持和帮助。以及有识之士的投入。否则我们又将远远落后国外。国内的制药行业将永不得翻身～基因的流失(国外一些国家打着给国内免费治疗，分析疾病的考旗帜，暗中收集了国内不同省份，地区的遗传类疾病和特性。这些资源，我们国家忽略，应当说目前还没有这样的实力进行研究)。落后就要挨打，21世纪是生物的世纪。基因大战不可避免。基因和疾病的研究很大程度就是数据的分析。里面的领头羊就是生物信息。国内应当在基础教学，基础研究并结合应用力度。 当然国内的人才济济，如有更多计算机领域和数学(统计方面的)人才参与到生物信息，将如虎添翼。目前我国生物信息学发展面临着如下几方面的困境: ?政府投资不足 虽然国际上生物信息学研究在各发达国家中比较受重视，但仍有不少研究机构抱怨政府资金投入不够。最近美国许多研究院纷纷申请要求政府加大生物信息学工具与数据库方面的投入，而且欧洲、日本、澳大利亚在这些领域也存在着资金困扰问题，欧洲生物信息学研究所(EBI)和欧洲基金会生命科学中心去年都遇到了麻烦。目前虽然危机已经暂时渡过，但未来几年EBI数据库和其它基础结构仍将受到资金短缺的困扰，一致有人发出了"免费数据服务还能维持多久"的疑问。 2.来自商业机构的竞争 基因组研究潜在的巨大商业利润使得国际上一批大型制药公司和化学公司向该领域大规模的进军。世界最大制药集团之一的Giba Geigy和Sandoz合资建立的Novartis公司投资2.5亿美元建立基因组研究所;Glaxo-Wellcome在基因组研究领域投入4700万美元，将研究人员增加一倍;Smith Kline公司花125亿美元扩展人基因组的顺序，将生物信息学的研究人员从2人增加至70人，并将该公司药物开发项目中的25%建立在基因组学之上。这一方面给生物信息学发展注入了生机，另一方面对那些政府支持的不以赢利为目的的研究机构造成了巨大的压力，学术部门的资金投入远远不及工业部门，其负面冲击力不可忽视。毕竟经济利益的盲目追求会导致基因组研究的片面性，生物信息学长路漫漫，保护这些学术部门的良好发展非常有必要。 3.专业人才匮乏 目前该领域缺乏懂得如何利用计算机技术处理大量生物数据的生物学家，不少生物学家只是将计算机用来打字或作为图纸的替代品。甚至出现了这样有趣的现象:制药业、工业、 农业、生物技术研究团体经常在学术机构大肆搜查那些"可疑人"，更有甚者他们彼此间互挖"墙角"。虽然对于人才的渴求与日俱增，但全世界也仅有20多个专业人才中心，而且这些中心本身也处在恶性循环中，那些经培训后的人才往往由于高薪诱惑而投身应用工业部门，导致培训教育人员越来越少，出现"断层"现象。 综上所述，不难看出，生物信息学并不是一个足以乐观的领域，究竟原因，是由于其是基于分子生物学与多种学科交叉而成的新学科，现有的形势仍表现为各种学科的简单堆砌，相互之间的联系并不是特别的紧密。在处理大规模数据方面，没有行之有效的一般性方法;而对于大规模数据内在的生成机制也没有完全明了，这使得生物信息学的研究短期内很难有突破性的结果。那么，要得到真正的解决，最终不能从计算机科学得到，真正地解决可能还是得从生物学自身，从数学上的新思路来获得本质性的动力。毫无疑问，正如Dulbecco1986年所说:"人类的DNA序列是人类的真谛，这个世界上发生的一切事情，都与这一序列息息相关"。但要完全破译这一序列以及相关的内容，我们还有相当长的路要走。 三、生物信息学的发展前景 《第三次技术革命》里有这样描述:“一场与工业革命和以计算机为基础的革命有相同影响力的变化正在开始。下一个伟大时代将是基因组革命时代，它现在处于初期阶段。”基因组学的发展已经进入后基因组研究阶段,致力于蛋白质功能研究的蛋白质组学和功能蛋白质组 在生物信息学发展的带动下,我们必定能够揭示各种生命现象的奥秘,并带学正在蓬勃发展, 动多个学科的跨越式发展。生物信息学的发展将对分子生物学、药物设计、工作流管理和医疗成像等领域产生巨大的影响,极有可能引发新的产业革命。此外,生物信息学所倡导的全球范围的资源共享也将对整个自然科学乃至人类社会的发展产生深远的影响。有理由相信，今日生物学数据的巨大积累将导致重大生物学规律的发现，生物信息学的发展在国内、外基本上都处在起步阶段，因此，这是我国生物学赶超世界先进水平的一个百年一遇的极好机会。 生物学是生物信息学的核心和灵魂，数学与计算机技术则是它的基本工具。这一点必须着重指出。预测生物信息学的未来主要就是要预测他对生物学的发展将带来什么样的根本性的突破。这种预测是十分困难的，甚至几乎不可能。但机不可失，时不再来，鉴于生物信息学在我国生物信息学和经济发展中的重要意义和其发展的紧迫性，因此，由国家出面组织全国的力量，搞个类似"两弹一星"那样的，但是，规模要小的多，花钱也少的多的生物信息学发展计划，不是不可以考虑的。要充分发挥中央与地方，生物学科研究人员等方方面面的积极性。生物信息学研究投资少，见效快，可充分发挥我国智力资源丰富的长处，是特别适合我国国情的一项研究领域。要在大学里建立生物信息学专业，设立硕士点和博士点，培养专门人才。可以组织一大批数学、物理、化学和计算机科技工作者，在自愿的基础上，学习有关的生物学知识，开展多方面的生物信息学研究。 经过十几年或更长的时间的努力，逐渐使我国成为生物信息学研究强国，是完全有可能的。信息学的商业价值十分显著。国外很多大学，研究机构，软件公司甚至政府机构纷纷成立各种生物信息机构，建立自立的生物信息集成系统，研制这方面的软件，重金招聘人才，期望从中获取更多的生物信息和数据加以研究和利用，缩短药物开发周期，抢注基因专利， 获取更大利润。我国如不加大资金投入力度，将来可能会花更多的钱去购买别人的软件，使用专利基因或购买新的药物。所幸，我国也开始重视这一学科:南、北方人类基因组中心的相继建成，北大生物城的破土动工等，标志着我国对生物信息学的重视。我们有理由相信，我国的生物信息学在21世纪会有巨大的飞跃。 参考文献 1. 陈润生.生物信息学.生物物理学报,1999,15(1):5 2. 北京生物技术和新医药产业促进中心.世纪之交的新科学:生物信息学.生物技术通 报,1999,(8):49 3. 杨福愉.展望21世纪的分子生物学.生物物理学报,1999,15(1):1 4. 郑国清,张瑞玲,;生物信息学的形成与发展;河南农业科学;2002.11 5. 王玉梅,王艳.国外生物信息学发展动态分析;科技情报开发与经济;2002.06 6. 张春霆.生物信息学昀坝状与展望; 世界科技研究与发展. 2000,22(6) 下面是泰戈尔励志经典语录，欢迎阅读。不需要 的朋友可以编辑删除～～ 1. 上帝对人说道:“我医治你，所以要伤害你;我爱你，所以要惩罚你。” 2. 如果错过太阳时你流了泪，那么你也要错过群星了。 3. 天空中没有翅膀的痕迹，但我已飞过。 4. 当你把所有的错误都关在门外，真理也就被拒绝了。 5. 错误经不起失败，但是真理却不怕失败。 6. 离我们最近的地方，路程却最遥远。我们最谦卑时，才最接近伟大。 7. 爱就是充实了的生命，正如盛满了酒的酒杯。 8. 月儿把她的光明遍照在天上，却留着她的黑斑给她自己。 9. 生命因为付出了爱，而更为富足。 10. 果实的事业是尊重的，花的事业是甜美的，但是让我做叶的事业罢，叶是谦逊地专心地垂着绿荫的。 11. 上帝对人说道:“我医治你，所以要伤害你;我爱你，所以要惩罚你。” 12. 如果错过太阳时你流了泪，那么你也要错过群星了。 13. 天空中没有翅膀的痕迹，但我已飞过。 14. 当你把所有的错误都关在门外，真理也就被拒绝了。 15. 错误经不起失败，但是真理却不怕失败。 16. 离我们最近的地方，路程却最遥远。我们最谦卑时，才最接近伟大。 17. 爱就是充实了的生命，正如盛满了酒的酒杯。 18. 月儿把她的光明遍照在天上，却留着她的黑斑给她自己。 19. 生命因为付出了爱，而更为富足。 20. 果实的事业是尊重的，花的事业是甜美的，但是让我做叶的事业罢，叶是谦逊地专心地垂着绿荫的。 21. 失败可以导致胜利，死亡可以导致永生。 22. 任何事物都无法抗拒吞食一切的时间。 23. 虚伪的真诚，比魔鬼更可怕。 24. 母亲不仅仅属于家庭，而且还属于世界。我尝过做母亲的痛苦，但却没有做母亲的自由。 25. 鸟翼系上黄金，这鸟便永远不能在天上翱翔 26. 真理是严酷的，我喜爱这个严酷，它永不欺骗。 27. 果实的事业是尊贵的，花的事业是甜美的;但是让我做叶的事业吧，叶是谦逊地、专心地垂着绿荫的。 28. 夜把花悄悄地开放了，却让白日去领受谢词。 29. 有时候，两个从不相识的人的确也很可能一见面就变成了知心的朋友。 30. 青春啊，难道你始终囚禁在狭小圈子里?你得撕破老年的蛊惑人心的网。 31. 全是理智的心，恰如一柄全是锋刃的刀。它叫使用它的人手上流血。 32. 要使生如夏花之绚烂，死如秋叶之静美。 33. 权力把受害者的百般苦恼看作忘恩负义 34. 真理之川从他的错误的沟渠中流过。 35. 虚伪的真诚，比魔更可怕。 36. 休息与工作的关系，正如眼睑与眼睛的关系。 37. 抽象概念作为一种见解倒是不错的，但应用到人们身上，就不那么行得通了 38. 你可以从外表的美来评论一朵花或一只蝴蝶，但你不能这样来评论一个人。 39. 世界上的一切伟大运动都与某种伟大理想有关。 40. 我们把世界看错了，反说它欺骗我们 41. 我给你爱的阳光，同时给你光辉灿烂的自由。 42. 顺境也好，逆境也好，人生就是一场对种种困难无尽无休的斗争，一场以寡敌众的战斗。 ——罗 宾德拉纳特?泰戈尔 43. 真理穿了衣裳觉得事实太拘束了，在想象中，她却转动得很舒畅。 44. 如果把所有的错误都关在门外的话，真理也要被关在门外了。 45. 贞操是从丰富的爱情中生出来的资产。 46. 有些事情是不能等待的。假如你必须战斗或者在市场上取得最有利的地位，你就不能不冲锋、奔 跑和大步行进。 47. 在哪里找到了朋友，我就在哪里重生。 48. 爱是亘古长明的灯塔，它定晴望着风暴却兀不为动，爱就是充实了的生命，正如盛满了酒的酒杯。 49. 那些仅仅循规蹈矩过活的人，并不是在使社会进步，只是在使社会维持下去 50. 医治罪恶的正确方法是和它进行斗争 51. 在任何情况之下，天神都不会用镣铐来束缚他所创造的人的;他使他们的生活经常发生变化，从而得到启发。 52. 只有人类精神能够蔑视一切限制，相信它的最后成功，将它的探照灯照向黑暗的远方。 53. 不要从你自己的袋里掏出勋绩借给你的朋友，这是污辱他的。 54. 埋在地下的种子产生果实，却并不要求什么报酬。 55. 情报对敌人和我们周围的世界的了 56. 在老年时，会有许多闲暇的时间，去计算那过去的日子，把我们手里永久丢失了的东西，在心里爱抚着。 57. 真理只有用它受到的阻力和反对来检验它是真是假„„真理必须通过它在各个时代受到的反对和打击被人重新发现。 58. 生命是永恒不断的创造，因为在它内部蕴含着过剩的精力，它不断流溢，越出时间和空间的界限，它不停地追求，以形形色色的自我表现的形式表现出来。 59. 我宁愿要那种虽然看不见但表现出内在品质的美。 60. 静止便是死亡，只有运动才能敲开永生的大门。 61. 我希望你照自己的意思去理解自己，不要小看自己，被别人的意见引入歧途。 62. 如果错过了太阳时你流了泪，那么你也要错过群星了。 63. 要是童年的日子能重新回来，那我一定不再浪费光阴，我要把每分每秒都用来读书! 64. 月儿把她的光明遍照在天上，却留着她的黑斑给它自己。 65. 人所追求的，不过是看到“新事物”以无比壮丽的姿态出现在那摧毁“旧事物”的火焰顶上罢了。 66. 我们的生命是天赋的，我们惟有献出生命，才能得到生命。 67. 如果你对一切错误关上了门，那么真理也将将你关在门外 68. 我们如海鸥与波涛相遇似地，遇见了，走近了。海鸥飞去，波涛滚滚地流开，我们也分别了。 69. 完全按照逻辑方式进行思维，就好像是一把两面都昌利刃而没有把柄的钢刀，会割伤使用者的手。 70. 祖国的伟大和力量原来就蓄存在祖国的自己身上 71. 宗派主义，使人完全忘记了人就是人这个简单明白的真理 72. 那些仅仅循规蹈矩的过活的人，并不是在使社会进步，只是在使社会得以维持下去 73. 多和朋辈交游无疑是医治心病的良方。 74. 不要从你自己的袋里掏出勋章借给你的朋友，这是侮辱他的。 75. 永恒的献身是生命的真理。它的完美就是我们生命的完美。 76. 世界上使社会变得伟大的人，正是那些有勇气在生活中尝试和解决人生新问题的人! 77. 有生命力的理想决不能象钟表一样，精确计算它的每一秒钟。 78. 总会发生些情愿与不情愿、知道与不知道、清醒与迷误的那种痛苦与幸福的事儿。但如果心里存在虔诚情感，那么在痛苦中也会得到安宁。否则，便只能在愤怒争吵、妒嫉仇恨、唠唠叨叨中讨活了。 79. 生活本身就是五花八门的矛盾集合——有自然的也有人为的，有想象的也有现实的。 80. 超越国界，比国家更伟大的东西，只能通过国家来显示自己 81. 思想以自己的言语喂养它自己，而成长起来。 82. 真理之川，从它的错误之沟渠中流过。 83. 附和真理，生命便会得到永生。 84. 蜜蜂从花中啜蜜离开时营营地道谢，浮夸的蝴蝶却是相信花是应该向他道谢的。 85. 有勇气在自己生活中尝试解决人生新问题的人，正是那些使社会臻于伟大的人!那些仅仅循规蹈矩过活的人，并不是在使社会进步，只是在使社会得以维持下去。 86. 人生虽只有几十春秋，但它决不是梦一般的幻灭，而是有着无穷可歌可颂的深长意义的;附和真理，生命便会得到永生。 87. 你若爱她，让你的爱像阳光一样包围她，并且给她自由。 88. 虚伪永远不能凭借它生长在权利中而变成真实。 89. 闪射理想之光吧，心灵之星!把光流注入，未来的暮霭之中。 90. 妥协对任何友谊都不是坚固的基础。 91. 如果你因失去了太阳而流泪，那末你也将失去群星了。 92. 要是爱情不允许彼此之间有所差异，那么为什么世界上到处都有差异呢? 93. 虚伪永远不能凭借它生长在权力中而变成真实。 94. 我们必须奉献于生命，才能获得生命。 95. 当形式是内容的本身，它和内容是 96. 全是理智的人，恰如一把全是锋刃的刀，叫使用它的人手上流血 97. 造物主把像你这样的人派遣到人世间来，是要你担负一定的责任的，所以你决不应该轻视自己的身体。 98. 人类的历史是很忍耐地等待着被侮辱者的胜利。 (印度)《飞鸟集》 99. 学习必须与实干相结合。 104. 蜜蜂从花中啜蜜，离开时营营的道谢。浮夸的蝴蝶却相信花是应该向他道谢的。 105. 刀鞘保护刀的锋利，它自己则满足于它的迟钝。 106. 知识是珍贵宝石的结晶，文化是宝石放出来的光泽。 107. 当我们是大为谦卑的时候，便是我们最近于伟大的时候。 108. 如果错过了太阳时你流了泪，那么你也要错过群星了。 109. 爱是理解的别名。 110. 眼睛不能看到你，因为你是眼睛中的瞳仁;心灵不能了解你，因为你是内心深处的秘密。 111. 世界上最遥远的距离不是生与死，而是我站在你面前，你却不知道——我爱你。 112. 生当如夏花之绚丽，死当如秋叶之静美。 113. 你微微地笑着，不同我说什么话。而我觉得，为了这个，我已等待得久了。 114. 使生如夏花之绚烂，死如秋叶之静美。 115. 让死者有那不朽的名，但让生者有那不朽的爱。 116. 我们把世界看错了，反说世界欺骗我们。 117. 你看不见你自己，你能看见的只是自己的影子 118. 生当如夏花之绚烂，死当如秋叶之静美。 119. 闪射理想之光吧/心灵之星!把光流注入/未来的暮霭之中。 120. 我们只有献出生命，才能得到生命。 121. 爱情是理解和体贴的别名。 122. 相信爱情，即使它给你带来悲哀也要相信爱情。 123. 女人，罪恶把你剥得赤裸，诅咒把你洗净，你升华成完善的生命。 124. 在消除贫困的时候，我们会拥有自己的财富，而拥有这笔财富，我们却会失去多少善心，多少美 和多少力量啊! 125. 静止便是死亡，只有运动才能敲开永生的大门。 126. 老是考虑怎样去做好事的人，就没有时间去做好事。 127. 那些缠扭着家庭的人，命定要永远闭卧在无灵魂世界的僵硬的生活中。 128. 我希望你照自己的意思去理解自己，不要小看自己，被别人的意见引入歧途 129. 真理之川从他的错误的沟渠中流过。 148. 当青春的光彩渐渐消逝，永不衰老的内在个性却在一个人的脸上和眼睛上更加明显地表露出来， 好像是在同一地方久住了的结果。 149. 人的青春时期一过，就会出现名象秋天一样的优美成熟时期，这时，生命的果实象熟稻子似的在 美丽的平静的气氛中等待收获。 150. 知识是珍贵宝石的结晶，文化是宝石放出的光泽 151. 在你青春的无忧无虑的生涯里，你屋子里所有的门户始终洞开着。 152. 一个人的青春时期一过，就会出现像秋天一样的优美的成熟时期，这时，生命的果实像熟稻子似的在美丽的平静的气氛中等待收获。 153. 果实的事业是尊贵的，花的事业是甜美的，但是让我们做叶的事业罢，叶是谦逊地专心地垂着绿荫的 154. 天空虽不曾留下痕迹，但我已飞过 155. 当你错过太阳而流泪，你也将错过群星了 156. 世界上的一切伟大运动都与某种伟大理想有关。 157. 有生命力的理想决不能象钟表一样，精确计算它的每一秒钟。 158. 生命是永恒不断的创造，因为在它内部蕴含着过剩的精力，它不断流溢，越出时间和空间的界限，它不停地追求，以形形色色的自我表现的形式表现出来。 159. 界上使社会变得伟大的人，正是那些有勇气在生活中尝试和解决人生新问题的人! 160.宗教就会象财富、荣誉或家族那样，仅仅成为一种人们引以自豪的东西。