計(jì)算機(jī)技術(shù)在生物技術(shù)中的應(yīng)用.doc

題目:計(jì)算機(jī)技術(shù)在生物技術(shù)中的應(yīng)用 摘要：隨著計(jì)算機(jī)性能的不斷提高、體積的不斷縮小、使用的不斷簡(jiǎn)化，網(wǎng)絡(luò)的使用越來(lái)越方便，現(xiàn)在計(jì)算機(jī)技術(shù)已滲透到幾乎所有的領(lǐng)域中。有人說(shuō)二十一世紀(jì)是生物技術(shù)的時(shí)代，自從進(jìn)入二十一世紀(jì)以來(lái)世界各地的生物技術(shù)取得了巨大的發(fā)展，而由于計(jì)算機(jī)變得越來(lái)越強(qiáng)大先進(jìn)，這讓計(jì)算機(jī)可以為生物技術(shù)做更多人無(wú)法完成的工作。然而，生物技術(shù)的發(fā)展也為計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展提供強(qiáng)大的動(dòng)力。所以生物技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)現(xiàn)如今已達(dá)到了一個(gè)相輔相成的地步。本文主要介紹了計(jì)算機(jī)技術(shù)在分子生物學(xué)、生物醫(yī)藥技術(shù)等生物技術(shù)方面的應(yīng)用，以及生物技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)。 關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)技術(shù)、分子生物學(xué)、基因工程、生物醫(yī)學(xué) 正文：計(jì)算機(jī)以其高速的計(jì)算功能、數(shù)值與邏輯計(jì)算功能以及存儲(chǔ)記憶功能，廣泛應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算、過(guò)程檢測(cè)與控制、信息管理、計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)等領(lǐng)域。 1、計(jì)算機(jī)技術(shù)在分子生物學(xué)中的應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)在基因作圖與測(cè)序中的應(yīng)用已隨著分子生物學(xué)的發(fā)展顯得越來(lái)越重要?，F(xiàn)在，世界上的分子生物學(xué)家們正在致力于有史以來(lái)最大的數(shù)據(jù)收集工作。在國(guó)家、學(xué)校、研究所和企業(yè)所屬的實(shí)驗(yàn)室中技術(shù)研究人員正在進(jìn)行著從最低等的細(xì)菌到最高等的人的全部基因組的測(cè)定和序列測(cè)定作圖工作，為的是發(fā)現(xiàn)對(duì)遺傳信息具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的新的利用和開(kāi)發(fā)途徑。到本世紀(jì)末時(shí),分子生物學(xué)家們希望獲得上萬(wàn)種生物的基因組序列。這將是一個(gè)含有分布在地球上不同地方的眾多植物、動(dòng)物和微生物的進(jìn)化“藍(lán)圖”的巨大數(shù)據(jù)庫(kù)。然而，它所產(chǎn)生的生物信息量是我們無(wú)法想象的，當(dāng)然，也會(huì)是我們?nèi)祟悷o(wú)法用筆、紙所能去管理與查閱的。對(duì)于所產(chǎn)生的如此之大的生物信息量,我們只能通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行管理,以電子方式儲(chǔ)存在分布于世界上不同國(guó)家和地區(qū)的數(shù)據(jù)庫(kù)中。收集、下載、管理和使用基因組信息將要求計(jì)算機(jī)技術(shù)和生物科學(xué)之間更加緊密地合作,同時(shí)也要求研究人員們?cè)谙嚓P(guān)的物理學(xué)、數(shù)學(xué)、工程學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、化學(xué)和分子生物學(xué)等領(lǐng)域進(jìn)行全面培訓(xùn)。人類基因組計(jì)劃加速了計(jì)算機(jī)技術(shù)和基因工程的結(jié)合。若沒(méi)有計(jì)算機(jī)科學(xué)家們和日益復(fù)雜的計(jì)算機(jī)技術(shù)的幫助,對(duì)人類細(xì)胞中堿基對(duì)序列的測(cè)定和分析將是不可能實(shí)現(xiàn)的。人類的基因組計(jì)劃正把生物學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒖茖W(xué)。許多生物學(xué)家覺(jué)得獲得序列的過(guò)程很枯燥,但是從計(jì)算機(jī)科學(xué)的角度來(lái),這是一流的富于挑戰(zhàn)的算法問(wèn)題。基因組的作圖和序列測(cè)定工作剛剛開(kāi)始。在遺傳水平上把整個(gè)自然世界進(jìn)行重新排列,并著眼于把它轉(zhuǎn)化成網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)上的有用產(chǎn)品,是一個(gè)令人望而卻步的挑戰(zhàn),這無(wú)疑是人類曾經(jīng)難以想象過(guò)的龐大的管理任務(wù)。理解和描述所有基因之間、組織之間、器官之間、物種之間和外界環(huán)境之間的相互關(guān)系網(wǎng)絡(luò),以及引起遺傳突變和表型改變的因素,是曾經(jīng)研究過(guò)的任何復(fù)雜系統(tǒng)所不能處理的。只有通過(guò)跨學(xué)科途徑,尤其依賴于信息科學(xué)家的計(jì)算技巧,才有希望完成此任務(wù)。2、 計(jì)算機(jī)技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)工程方面的應(yīng)用生物醫(yī)學(xué)工程是運(yùn)用現(xiàn)代自然科學(xué)和技術(shù)科學(xué)的原理和方法，從工程學(xué)的角度研究人體的結(jié)構(gòu)、功能及其相互關(guān)系以及其他生命現(xiàn)象。其目的是解決醫(yī)學(xué)問(wèn)題，即研究和開(kāi)發(fā)為防病、治病以及人體功能輔助等醫(yī)學(xué)應(yīng)用的裝置和系統(tǒng)。用技術(shù)科學(xué)的概念和方法來(lái)解釋和描述人體各層次的成份、結(jié)構(gòu)和功能，以及人體各種正常生理功能和病理狀態(tài)之間的差異，這些內(nèi)容形成了這個(gè)學(xué)科的基礎(chǔ)部分。而防病、診斷、治療及功能輔助的具體技術(shù)和設(shè)備則形成這個(gè)學(xué)科的應(yīng)用部分。同時(shí)，計(jì)算機(jī)是生物醫(yī)學(xué)工程研究所必不可少的工具，下面做具體介紹： （1）、計(jì)算機(jī)在醫(yī)學(xué)上的輔助應(yīng)用：計(jì)算機(jī)輔助治療在臨床的應(yīng)用主要體現(xiàn)在計(jì)算機(jī)輔助外科（ ，）技術(shù)，技術(shù)通過(guò)將先進(jìn)的醫(yī)學(xué)成像與空間定位技術(shù)相結(jié)合，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)特別是圖形圖像處理技術(shù)，輔助醫(yī)生制定合理手術(shù)方案, 引導(dǎo)手術(shù)安全準(zhǔn)確進(jìn)行。隨著現(xiàn)代外科對(duì)治療個(gè)體化、治療精確化和創(chuàng)傷有限化的不斷追求，技術(shù)已在臨床獲得了了廣泛應(yīng)用，特別是在神經(jīng)外科、骨科、耳鼻喉科手術(shù)中。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)( )是利用計(jì)算機(jī)及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，簡(jiǎn)稱。在設(shè)計(jì)中通常要用計(jì)算機(jī)對(duì)不同方案進(jìn)行大量的計(jì)算、分析和比較，以決定最優(yōu)方案；各種設(shè)計(jì)信息，不論是數(shù)字的、文字的或圖形的，都能存放在計(jì)算機(jī)的內(nèi)存或外存里，并能快速地檢索；設(shè)計(jì)人員通常用草圖開(kāi)始設(shè)計(jì)，將草圖變?yōu)楣ぷ鲌D的繁重工作可以交給計(jì)算機(jī)完成；由計(jì)算機(jī)自動(dòng)產(chǎn)生的設(shè)計(jì)結(jié)果，可以快速作出圖形顯示出來(lái)，使設(shè)計(jì)人員及時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)作出判斷和修改；利用計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行與圖形的編輯、放大、縮小、平移和旋轉(zhuǎn)等有關(guān)的圖形數(shù)據(jù)加工工作。 能夠減輕設(shè)計(jì)人員的計(jì)算畫(huà)圖等重復(fù)性勞動(dòng)，專注于設(shè)計(jì)本身，縮短設(shè)計(jì)周期和提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。目前，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于口腔修復(fù)、假肢設(shè)計(jì)等。 （2）計(jì)算機(jī)在醫(yī)院信息管理中的應(yīng)用：醫(yī)院管理系統(tǒng)是利用電子計(jì)算機(jī)和通訊設(shè)備，為醫(yī)院所屬各部門(mén)提供病人診療信息和行政管理信息的收集、存儲(chǔ)、處理、提取和數(shù)據(jù)交換的能力，并滿足所有授權(quán)用戶的功能需求。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了用計(jì)算機(jī)對(duì)醫(yī)院病人進(jìn)行看病和藥品流通的全過(guò)程管理進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，那些傳統(tǒng)上全靠手工操作，工作量大、效率低、易出錯(cuò)的大量數(shù)據(jù)完全可以用計(jì)算機(jī)代替處理，大大減輕了管理人員的工作負(fù)擔(dān)，同時(shí)又可向病人提供完整的數(shù)據(jù)，為病人提供方便和快捷。3、 生物技術(shù)的發(fā)展對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的推動(dòng)作用目前，計(jì)算機(jī)工業(yè)飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)日益成熟。然而我們所使用的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)晶體管的密度已接近當(dāng)前技術(shù)的理論極限，發(fā)展空間似乎越來(lái)越小。因此，要想在計(jì)算機(jī)方面重新取得較大的發(fā)展，人們需要不斷的尋找新的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)。科學(xué)家們?yōu)榱藢?shí)現(xiàn)高集成度，使計(jì)算機(jī)得到進(jìn)一步的發(fā)展，他們把目光轉(zhuǎn)向了正在興起的生物技術(shù)方面，并借鑒生物界的各種處理問(wèn)題的方式，提出了一些新型的生物計(jì)算機(jī)模型。在過(guò)去的半個(gè)多世紀(jì)中，分子生物學(xué)將生命現(xiàn)象分解成大量基因和蛋白質(zhì)的組成。國(guó)際著名雜志曾經(jīng)報(bào)道，英國(guó)劍橋大學(xué)研究發(fā)現(xiàn)了“生物電路”。他們對(duì)一種細(xì)菌中的蛋白質(zhì)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)細(xì)菌內(nèi)部存在著由蛋白質(zhì)構(gòu)成的信息處理網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)可根據(jù)分子密度和形狀等性質(zhì)的變化傳遞和處理信息，并根據(jù)接收到的信息而驅(qū)使細(xì)菌游向營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)所在的地方。同樣，美國(guó)斯坦福大學(xué)的專家在細(xì)菌中也發(fā)現(xiàn)了“生物電路”，并在生物利用能量糖酵解過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了邏輯運(yùn)算現(xiàn)象，找到了有關(guān)的“邏輯門(mén)”。因此，人類可以利用遺傳工程技術(shù)，仿制出這種蛋白質(zhì)分子，用來(lái)作為元件制成計(jì)算機(jī)。上世紀(jì)70年代以來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)脫氧核糖核酸（）處在不同的狀態(tài)下，可產(chǎn)生有信息和無(wú)信息的變化。聯(lián)想到邏輯電路中的0與1、晶體管的通導(dǎo)或截止、電壓的高或低、脈沖信號(hào)的有或無(wú)等等，科學(xué)家們激發(fā)了研制生物元件的靈感。在此基礎(chǔ)上，1995年，來(lái)自世界各國(guó)的200多位有關(guān)專家共同探討了計(jì)算機(jī)的可行性，認(rèn)為分子間在酶的作用下通過(guò)生物化學(xué)反應(yīng)可以從某種基因代碼轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N基因代碼，轉(zhuǎn)變前的基因代碼可以作為輸入數(shù)據(jù)，反應(yīng)后的基因代碼可以作為運(yùn)算結(jié)果。利用這一過(guò)程也可以制成新型的生物計(jì)算機(jī)。目前最新一代實(shí)驗(yàn)生物計(jì)算機(jī)正在模擬人類的大腦。人們正努力尋找神經(jīng)元與硅芯片之間的相似處，研制基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)。參 考 文 獻(xiàn)1鄧宏明 . 計(jì)算機(jī)