專業(yè)能力測試評估_生物信息技術

1、專業(yè)能力測試評估報告（2014 / 2015學年 第 1 學期）課程名稱 生物信息技術介紹時間2014年11月17-20日指導單位計算機學院軟件學院指導教師胥備學生姓名王旭王琪王煒鵬學號B13041208B13041209B13041211學院(系) 軟件工程（嵌入式軟件人才培養(yǎng)）目錄摘要-3Abstract-4第一章-51.1-51.2-51.3-6第二章-62.1-72.2-7第三章-73.1-83.2-83.3-8致謝-10參考文獻-11摘要生物信息技術是信息技術在生物數(shù)據(jù)處理上的應用，涉及分子生物學技術、計算機信息技術、數(shù)據(jù)庫技術等多門學科，自從人類基因組計劃開展后, 大量的生物序列被

2、測定, 如何從這些海量的數(shù)據(jù), 發(fā)現(xiàn)其生物學意義, 就需要借助計算機數(shù)據(jù)庫和計算機算法分析預測的手段，當信息技術于生物技術完美結(jié)合的時候，生物工程的種種復雜的計算將不會再成為我們的絆腳石。在科科學技術日新月異的今天，生物信息技術也取得了一定的成就。本課題需要運用信息檢索技術了解這個領域的主要研究內(nèi)容，并介紹了該技術目前的發(fā)展狀況和未來的發(fā)展趨勢，然后介紹了該技術的機遇和挑戰(zhàn)關鍵詞：生物，信息，基因工程AbstractBiological information technology is the application of information technology on biologic

3、al data processing, related to molecular biology technology, computer information technology, database technology and so on many disciplines, since the human genome project to carry out a large number of biological sequences were determined, and how to go from the vast amounts of data, found its bio

4、logical significance, will need to use a computer database and computer algorithm analysis prediction method, when the information technology in the biological technology perfect union, biological engineering of complex calculations will not become a stumbling block to us. In coco learn technology c

5、hanges with each passing day today, biological information technology also obtained the certain achievement.This topic need to use information retrieval technology to understand the main research contents in this field, and introduces the present state of development of the technology and the develo

6、pment trend of the future, and the opportunities and challenges of this technology are introducedKey words: biological, information, and genetic engineering第一章 什么是生物信息技術 1.1 概述生物信息技術是信息技術在生物數(shù)據(jù)處理上的應用，涉及分子生物學技術、計算機信息技術、數(shù)據(jù)庫技術等多門學科，是生物學、數(shù)學、物理學、計算機科學等眾多學科交叉的新興技術。它主要利用計算機信息處理工具軟件對分子生物學實驗數(shù)據(jù)進行加工和分析，從中發(fā)現(xiàn)有價值的

7、信息，其數(shù)據(jù)信息主要來自于人類及各種模式生物基因組的分子數(shù)據(jù)，包括DNA,RNA和蛋白質(zhì)片段的序列數(shù)據(jù)，也有蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和經(jīng)過計算機處理的分子數(shù)據(jù)。生物信息技術是當今生物科學和自然科學的重大前沿領域之一，同時也是21世紀自然科學的核心領域之一，其研究重點主要體現(xiàn)在基因組學和蛋白質(zhì)組學等方面。 1.2 詳述 生物信息技術分為信息技術和生物技術。生物技術是以生命科學為基礎，利用生物（或生物組織、細胞及其他組成部分）的特性和功能，設計、構(gòu)建具有預期性能的新物質(zhì)或新品系，以及與工程原理相結(jié)合，加工生產(chǎn)產(chǎn)品或提供服務的綜合性技術。信息技術是研究信息的獲取、傳輸和處理的技術，由計算機技術、通信技術、微

8、電子技術結(jié)合而成，即是利用計算機進行信息處理，利用現(xiàn)代電子通信技術從事信息采集、存儲、加工、利用以及相關產(chǎn)品制造、技術開發(fā)、信息服務的。信息技術和生物技術都是高新技術，二者在新經(jīng)濟中并非此消彼長的關系，而是相輔相成，共同推進21世紀經(jīng)濟的快速發(fā)展。 信息產(chǎn)業(yè)和生物產(chǎn)業(yè)無疑都是高科技的產(chǎn)物，在生命科學的研究中，始終不能缺少計算機的工作，如果到基因組測序的研究所去看一看，大量的以超級計算機為基礎的測序儀，會使你誤以為到了一家信息技術公司。生物產(chǎn)業(yè)因計算機的加盟而提速，信息技術產(chǎn)業(yè)也因生命科學的需要而得以發(fā)展、獲利。運用數(shù)學、計算機科學和生物學的各種工具，來闡明和理解大量基因組研究獲得數(shù)據(jù)中所包含的

9、生物學意義，生物學和信息學交叉、結(jié)合，從而形成了一個新的學科。生物信息學或信息生物學，進而產(chǎn)生了生物信息技術。它的進步所帶來的效益是不可估量的。美國已經(jīng)出現(xiàn)了大批基于生物信息技術的公司，希冀在基因工程藥物、生物芯片、代謝工程等領域掘出財富，生物信息技術工業(yè)潛力巨大?？梢哉f，生物科技(生物技術)與信息科技(信息技術)的融合，才是世界經(jīng)濟市場的未來。在深圳舉行的第三屆中國國際高新技術成果交易會高新技術論壇上，中國工程院副院長侯云德院士指出，應該把生物技術產(chǎn)業(yè)定位為僅次于信息產(chǎn)業(yè)的重點產(chǎn)業(yè)。他說，信息和生物技術是關系到我國新世紀經(jīng)濟發(fā)展和國家命運的關鍵技術，并將成為我國創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟增長點。1.3

10、生物信息技術的研究范圍 1). 對序列數(shù)據(jù)進行存儲、管理、注釋、加工；2). 對各種數(shù)據(jù)庫進行查詢、搜索、比較、分析；3). 構(gòu)建各種類型的專用數(shù)據(jù)庫信息系統(tǒng)；4). 研究開發(fā)面向生物學家的新一代計算機軟件；5). 利用數(shù)理統(tǒng)計、模式識別、動態(tài)規(guī)劃、密碼解讀、詞法分析、神經(jīng)網(wǎng)絡、遺傳算法以系及隱馬氏模型等各種方法來研究生物遺傳上的問題、并且不斷發(fā)現(xiàn)新的、更有效的算法；6). 對序列、結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進行定性和定量分能夠分析，從中獲取基因編碼、基因調(diào)控、序列一結(jié)構(gòu)一功能關系等理性知識；7). 闡明細胞、器官和個體的發(fā)生、發(fā)育、病變、衰亡的基本規(guī)律和時空關系；8). 探索生命起源、生物進化、生命本質(zhì)等重大

11、理論問題，最終建立“生物學周期表”。第二章 目前主要成就 2.1 國內(nèi)成就2.1.1 全基因組關聯(lián)分析方面。近年來，我國科學家在基因組和蛋白質(zhì)組研究領域中都取得了非常重要的突破，在基于基因組的GWAS研究方面，由安徽醫(yī)科大學張學軍教授領銜的研究團隊歷時5年，運用全基因組關聯(lián)分析研究成功發(fā)現(xiàn)了白癜風易感基因，首次在國際上明確白癜風是自身免疫疾病，研究發(fā)現(xiàn)6個新的銀屑病易感基因，為最終征服白癜風這種復雜疾病奠定了第一步基礎，其文章發(fā)表于2012年7月的Nature Genetics。其他科學家也在這方面取得了突破性的進展。2.2.2 計算系統(tǒng)生物學方面計算系統(tǒng)生物學方面中科院系統(tǒng)生物學重點實驗室和

12、復旦大學的研究人員采用動態(tài)的流平衡分析法耦聯(lián)代謝調(diào)整最小化原則，對C3植物葉綠體光合作用代謝網(wǎng)絡在干旱和高CO2 濃度壓力下的魯棒性進行了研究。該研究工作發(fā)表在美國科學院院報上。 2.2.3 其他方面此外，在分子動力學模擬方面、分子模擬化技術方面、數(shù)學統(tǒng)計方法方面、計算生物學方面、在大規(guī)模的生物學網(wǎng)絡的知識發(fā)現(xiàn)方面、在蛋白質(zhì)組織研究方面都取得了突破。2.2 國外成就2010年，生物信息技術取得的重大進步，主要體現(xiàn)在分子動力學模擬、分子模型化技術、人工神經(jīng)網(wǎng)絡技術和模式識別技術等方面。2010年12月，Science雜志評出的“十大科學突破”中，分子動力學模擬位列其中。此外隨著基因組學和蛋白質(zhì)組

13、學等高效率，高質(zhì)量分析技術平臺的快速發(fā)展，先進的生物信息技術已經(jīng)成為后基因組學研究的必備工具之一。面對指數(shù)增長的生物數(shù)據(jù)，生物信息學主要致力于如何運用信息技術和復雜系統(tǒng)理論去分析所得到的巨量數(shù)據(jù)，并不斷探索數(shù)據(jù)優(yōu)化儲存、數(shù)據(jù)再挖掘、數(shù)據(jù)可視化的技術從相關數(shù)據(jù)庫及文獻信息庫中德綜合知識開展各類信息。第三章 未來的發(fā)展趨勢和展望3.1 國內(nèi)發(fā)展趨勢1. 技術變化加速。技術變化加速加上工業(yè)技術的推陳出新，將增加繼續(xù)教育和培訓的重要性。2. 技術的多學科性質(zhì)日益增加。由于學科的交叉融合和相互影響，使得許多技術趨勢成為可能。 3. 技術發(fā)展領先的競爭。對每一個技術領域的領導和參與將取決于許多因素，包括未

14、來的地區(qū)經(jīng)濟的安排（例如歐盟），國際知識產(chǎn)權和保護，未來多國合作的性質(zhì)，以及公私對研究開發(fā)的投資量和作用。4. 繼續(xù)全球化。信息技術以及它對其他技術（例如敏捷制造）的影響，將繼續(xù)推動全球化進程。3.2 國外發(fā)展趨勢3.2.1 人類基因組計劃（HGP）這是一項規(guī)模宏大，跨國跨學科的科學探索工程。其宗旨在于測定組成人類染色（指單倍體）中所包含的30億個堿基對組成的核苷酸序列，從而繪制人類基因組圖譜，并且辨識其載有的基因及其序列，達到破譯人類遺傳信息的最終目的。破譯人類遺傳信息，將對生物學，醫(yī)學，乃至整個生命科學產(chǎn)生無法估量的深遠影響。隨著對基因組的理解更加深入，新的知識會使醫(yī)學和生物技術領域發(fā)展更

15、為迅速。3.2.2 基因芯片 基因芯片的測序原理是雜交測序方法，即通過與一組已知序列的核酸探針雜交進行核酸序列測定的方法，在一塊基片表面固定了序列已知的八核苷酸的探針。當溶液中帶有熒光標記的核酸序列TATGCAATCTAG，與基因芯片上對應位置的核酸探針產(chǎn)生互補匹配時，通過確定熒光強度最強的探針位置，獲得一組序列完全互補的探針序列。據(jù)此可重組出靶核酸的序列。3.3 機遇和挑戰(zhàn)在我國，生物信息技術的發(fā)展有機遇也有挑戰(zhàn)。說是機遇，因為生物信息技術研究投資少，見效快，可充分發(fā)揮我國智力資源豐富的長處，是特別適合我國國情的一項研究領域。要在大學里建立生物信息學專業(yè)，設立碩士點和博士點，培養(yǎng)專門人才?？?/p>

16、以組織一大批數(shù)學、物理、化學和計算機科技工作者，在自愿的基礎上，學習有關的生物學知識，開展多方面的生物信息學研究。經(jīng)過十幾年或更長的時間的努力，逐漸使我國成為生物信息技術研究強國，是完全有可能的。信息技術的商業(yè)價值十分顯著。國外很多大學，研究機構(gòu)，軟件公司甚至政府機構(gòu)紛紛成立各種生物信息機構(gòu)，建立自立的生物信息集成系統(tǒng)，研制這方面的軟件，重金招聘人才，期望從中獲取更多的生物信息和數(shù)據(jù)加以研究和利用，縮短藥物開發(fā)周期，搶注基因?qū)＠?，獲取更大利潤。我國如不加大資金投入力度，將來可能會花更多的錢去購買別人的軟件，使用專利基因或購買新的藥物。所幸，我國也開始重視這一技術：南、北方人類基因組中心的相繼建

17、成，北大生物城的破土動工等，標志著我國對生物信息技術的重視。我們有理由相信，我國的生物信息技術在21世紀會有巨大的飛躍。但是，生物信息技術在我國的發(fā)展依舊面臨著很多困難和挑戰(zhàn)，目前，我國在生物信息技術上的發(fā)展的主要困難是1.政府投資不足 雖然國際上生物信息學研究在各發(fā)達國家中比較受重視，但仍有不少研究機構(gòu)抱怨政府資金投入不夠。2.來自商業(yè)機構(gòu)的競爭基因組研究潛在的巨大商業(yè)利潤使得國際上一批大型制藥公司和化學公司向該領域大規(guī)模的進軍。另一方面對那些政府支持的不以贏利為目的的研究機構(gòu)造成了巨大的壓力，學術部門的資金投入遠遠不及工業(yè)部門，其負面沖擊力不可忽視。畢竟經(jīng)濟利益的盲目追求會導致基因組研究的片面性，生物信息學長路漫漫，保護這些學術部門的良好發(fā)展非常有必要。3.專業(yè)人才匱乏目前該領域缺乏懂得如何利用計算機技術處理大量生物數(shù)據(jù)的生物學家，不少生物學家只是將計算機用來打字或作為圖紙的替代品。雖然對于人才的渴求與日俱增，但全世界也僅有20多個專業(yè)人才培訓中心，而且這些中心本身也處在惡性循環(huán)中，那些經(jīng)培訓后的人才往往由于高薪誘惑而投身應用工業(yè)部門，導致培訓教育人員越來越少，出現(xiàn)"斷層"現(xiàn)象。致謝感謝南京郵電大學給我們