生物信息學(xué)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

1、生物信息學(xué)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用Bioinformaticsapplicationinmedicine【摘要】：生物信息學(xué)是利用計(jì)算和分析工具收集、解釋生物學(xué)數(shù)據(jù)的學(xué)科,其基礎(chǔ)是4大類生物學(xué)數(shù)據(jù)庫。生物信息學(xué)在疾病相關(guān)基因的發(fā)現(xiàn)、新的藥物分子靶點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)新藥物設(shè)計(jì)以及基因芯片的設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理等醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究方面將發(fā)揮重要作用。【abstract】:bioinformaticsisuseofcalculationandanalysistoolsofdatacollection,explainbiologysubject,thefoundationisfourmajorcategoriesbiologyd

2、atabase.Bioinformaticsindiseasegenesfoundnewdrugs,themoleculartargetdiscovery,innovativedrugdesignandgenechipdesignanddataprocessingandothermedicalapplicationresearchwillplayanimportantrole.【關(guān)鍵詞】：?醫(yī)學(xué)信息學(xué)計(jì)算機(jī)生物學(xué)【keywords】:medicalinformaticscomputationalbiology【正文】：生物信息學(xué)（Bioinformatics）是上個(gè)世紀(jì)80代以來隨著人類基因組

3、計(jì)劃的啟動(dòng)而興起的集生命科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和信息科學(xué)為一體的交叉學(xué)科。是用數(shù)理和信息科學(xué)的理論、觀點(diǎn)和方法去研究生命現(xiàn)象，對(duì)呈現(xiàn)指數(shù)增長的DNA和蛋白質(zhì)的序列和結(jié)構(gòu)等生物學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理、儲(chǔ)存、發(fā)布、提取、加工分析和研究，達(dá)到認(rèn)識(shí)生命起源、遺傳和發(fā)育的本質(zhì)的目的?，F(xiàn)已成為生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)學(xué)遺傳學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)等學(xué)科的強(qiáng)大推動(dòng)力量。當(dāng)前生物信息學(xué)的主要任務(wù)包括以下幾個(gè)方面：基因組相關(guān)信息的收集、存儲(chǔ)、管理與提供。新基因的發(fā)現(xiàn)與鑒定。非編碼區(qū)信息結(jié)構(gòu)分析。生物進(jìn)化的研究。完整基因組的比較研究?；蚪M信息分析方法的研究。大規(guī)?；蚬δ鼙磉_(dá)譜分析。蛋白質(zhì)末端序列、分子空間的預(yù)測(cè)、模擬和分子設(shè)計(jì)。藥物設(shè)

4、計(jì)等。為此生命科學(xué)家們?cè)诓粩嗟厣a(chǎn)和更新以數(shù)據(jù)庫和軟件為主的各種生物信息工具。本文就生物信息學(xué)在醫(yī)藥學(xué)方面的應(yīng)用狀況和前景做一討論。（一）、生物技術(shù)制藥生物技術(shù)藥物或稱生物藥物是集生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)的先進(jìn)技術(shù)為一體，以組合化學(xué)、藥學(xué)基因（功能抗原學(xué)、生物信息學(xué)等高技術(shù)為依托，以分子遺傳學(xué)、分子生物、生物物理等基礎(chǔ)學(xué)科的突破為后盾形成的產(chǎn)業(yè)?，F(xiàn)在，世界生物制藥技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化已進(jìn)入投資收獲期，生物技術(shù)藥品已應(yīng)用和滲透到醫(yī)藥、保健食品和日化產(chǎn)品等各個(gè)領(lǐng)域，尤其在新藥研究、開發(fā)、生產(chǎn)和改造傳統(tǒng)制藥工業(yè)中得到日益廣泛的應(yīng)用，生物制藥產(chǎn)業(yè)已成為最活躍、進(jìn)展最快的產(chǎn)業(yè)之一。目前生物制藥主要集中在以下幾個(gè)方向：

5、1、腫瘤在全世界腫瘤死亡率居首位，美國每年診斷為腫瘤的患者為100萬，死于腫瘤者達(dá)萬。用于腫瘤的治療費(fèi)用1020億美元。腫瘤是多機(jī)制的復(fù)雜疾病，目前仍用早期診斷、放療、化療等綜合手段治療。今后10年抗腫瘤生物藥物會(huì)急劇增加。如應(yīng)用基因工程抗體抑制月中瘤，應(yīng)用導(dǎo)向IL-2受體的融合毒素治療CTCL月中瘤，應(yīng)用基因治療法治療月中瘤可抑制月中瘤血管生長，阻止月中瘤生長與轉(zhuǎn)移。這類抑制劑有可能成為廣譜抗腫瘤治療劑，已有3種化合物進(jìn)入臨床試驗(yàn)。2、神經(jīng)退化性疾病老年癡呆癥、帕金森氏病、腦中風(fēng)及脊椎外傷的生物技術(shù)藥物治療，胰島素生長因子rhIGF-1已進(jìn)入田期臨床。神經(jīng)生長因子（NGF）和BDNF（腦源神

6、經(jīng)營養(yǎng)因子）用于治療末稍神經(jīng)炎，肌萎縮硬化癥，均已進(jìn)入田期臨床。中風(fēng)癥的有效防治藥物不多，尤其是可治療不可逆腦損傷的藥物更少，Ceresta巳證明對(duì)中風(fēng)患者的腦力能有明顯改善和穩(wěn)定作用，現(xiàn)已進(jìn)入田期臨床。Genentech勺溶栓活性酶（Activase重組tPA）用于中風(fēng)患者治療，可以消除癥狀30%。3、自身免疫性疾病許多炎癥由自身免疫缺陷引起，如哮喘、風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、多發(fā)性硬化癥、紅斑狼瘡等。風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎患者多于4000萬，每年醫(yī)療費(fèi)達(dá)上千億美元，一些制藥公司正在積極攻克這類疾病。如Genentech司研究一種人源化單克隆抗體免疫球蛋白E用于治療哮喘，已進(jìn)入R期臨床；Cetor's公司

7、研制一種TNF-就體用于治療風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎，有效率達(dá)80%。Chiron公司的3干擾素用于治療多發(fā)性硬化病。還有的公司在應(yīng)用基因療法治療糖尿病，如將胰島素基因?qū)牖颊叩钠つw細(xì)胞，再將細(xì)胞注入人體，使工程細(xì)胞產(chǎn)生全程胰島素供應(yīng)。4、冠心病美國有100萬人死于冠心病，每年治療費(fèi)用高于1170億美元。今后10年，防治冠心病的藥物將是制藥工業(yè)的重要增長點(diǎn)。Centocor'sReopro公司應(yīng)用單克隆抗體治療冠心病的心絞痛和恢復(fù)心臟功能取得成功，這標(biāo)志著一種新型冠心病治療藥物的延生?；蚪M科學(xué)的建立與基因操作技術(shù)的日益成熟，使基因治療與基因測(cè)序技術(shù)的商業(yè)化成為可能，正在達(dá)到未來治療學(xué)的新高度。轉(zhuǎn)

8、基因技術(shù)用于構(gòu)造轉(zhuǎn)基因植物和轉(zhuǎn)基因動(dòng)物，已逐漸進(jìn)入產(chǎn)業(yè)階段，用轉(zhuǎn)基因綿羊生產(chǎn)蛋白酶抑制劑ATT，用于治療肺氣月中和囊性纖維變性，已進(jìn)入田期臨床。大量的研究成果表明轉(zhuǎn)基因動(dòng)、植物將成為未來制藥工業(yè)的另一個(gè)重要發(fā)展領(lǐng)域。除了遺傳學(xué)之外，生物技術(shù)還可以繼續(xù)改進(jìn)預(yù)防和治療疾病的療法。這些新療法可以封鎖病原體進(jìn)入人體并進(jìn)行傳播的能力，使病原體變得更加脆弱并且使人的免疫功能對(duì)新的病原體作出反應(yīng)。這些方法可以克服病原體對(duì)抗生素的耐受性越來越強(qiáng)的不良趨勢(shì)，對(duì)感染形成新的攻勢(shì)。除了解決傳統(tǒng)的細(xì)菌和病毒問題之外，人們正在開發(fā)解決化學(xué)不平衡和化學(xué)成分積累的新療法。例如，正在開發(fā)之中的抗體可以攻擊體內(nèi)的可卡因，將來可

9、以用于治療成癮問題。這種方法不僅有助于改善癮君子的狀況，而且對(duì)于解決全球性非法毒品貿(mào)易問題具有重大影響。（二）基因治療的應(yīng)用1、腫瘤性疾病基因治療因腫瘤患者對(duì)基因治療這種新型治療方法的臨床迫切性較強(qiáng),且患者和家屬們?nèi)菀捉邮?倫理學(xué)問題也較少,所以腫瘤性疾病基因治療的研究最受矚目,目前大多數(shù)基因治療臨床研究都是對(duì)腫瘤性疾病的基因治療。2、利用反義RNA的基因治療由于細(xì)胞癌基因的激活或過度表達(dá)，導(dǎo)致許多癌癥的發(fā)生。因此可以利用影響癌基因的轉(zhuǎn)錄翻譯等過程來達(dá)到擾亂癌基因的功能。反義RNA是一類合成的短鏈核甘酸序列，它們能相對(duì)容易地進(jìn)入腫瘤細(xì)胞，并與癌基因的特定mRNA序列結(jié)合，使癌基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯等

10、過程被選擇性地抑制或干擾，從而達(dá)到抑制月中瘤基因表達(dá)的目的。如用反義K-ras封閉胰腺癌、肺癌的K-ras癌基因，使其喪失產(chǎn)生癌基因蛋白質(zhì)的能力，對(duì)癌細(xì)胞具有明顯的抑制作用。3、基因免疫治療及腫瘤疫苗的應(yīng)用這是目前在癌癥的基因治療中應(yīng)用最為廣泛的一種方法,通過向患者體內(nèi)引進(jìn)能增強(qiáng)患者免疫功能的基因,增強(qiáng)患者自身的免疫系統(tǒng)以達(dá)到治愈癌癥的目的。Rosenber鮮先開展了月中瘤免疫基因治療的臨床試驗(yàn)。將產(chǎn)生白介素-1(IL-1)、白介素-2(IL-2)及腫瘤壞死因子等相關(guān)的基因?qū)氲襟w外培養(yǎng)的腫瘤浸潤細(xì)胞中,其殺傷腫瘤的功能就會(huì)明顯提高,腫瘤周圍的抗腫瘤免疫反應(yīng)得到增強(qiáng),從而使腫瘤的生長抑制。由于

11、誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞對(duì)某些細(xì)胞因子的表達(dá)可增強(qiáng)其抗原性，使淋巴T細(xì)胞更容易識(shí)別、殺傷這些靶細(xì)胞,因此在體外可將細(xì)胞因子基因?qū)肽[瘤細(xì)胞,并用放療將其滅活以作為腫瘤疫苗兩重新輸入人體，這些月中瘤疫苗就能促進(jìn)細(xì)胞毒性T細(xì)胞增殖，增強(qiáng)抗月中瘤免疫反應(yīng)。4、神經(jīng)性疾病基因治療基因治療技術(shù)在神經(jīng)系統(tǒng)性疾病的臨床應(yīng)用中還處于起步階段,臨床上用作復(fù)發(fā)性惡性神經(jīng)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤手術(shù)切除后的輔助治療手段,但療效有限。其他神經(jīng)性疾病的基因治療尚處于臨床前的研究階段,包括老年性癡呆癥、神經(jīng)退行性疾病和帕金森氏癥等以及神經(jīng)缺血損傷性疾病、腦中風(fēng)、腦脊髓損傷后治療和一些遺傳原因所致的較單一的缺乏癥等。5、其他疾病的基因治療目前試用

12、于臨床上的基因治療,除了以上所述的神經(jīng)性疾病、惡性腫瘤、遺傳性疾病外,還有心血管類疾病如外周動(dòng)脈癥、血管再狹窄癥、心肌缺血癥,自身免疫性疾病如類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎,感染性疾病如艾滋病,眼病如白內(nèi)障、青光眼等。有人將帶有胰島素基因的表達(dá)質(zhì)粒直接注射到患糖尿病鼠的肌肉中或逆行注射到胰腺、肝臟、下頜腺等腺體的外分泌管中,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在糖尿病鼠體內(nèi)均有胰島素表達(dá)，使血糖得以改善。Robinson等應(yīng)用反義寡核甘酸注射治療增生性視網(wǎng)膜疾病,發(fā)現(xiàn)新血管生成明顯減少,病癥大為緩解。(三)疾病預(yù)防、診斷及治療生物技術(shù)在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用涉及到新藥開發(fā)、新診斷技術(shù)、預(yù)防措施及新的治療技術(shù)，如單克隆抗體、基因診斷、熒光檢測(cè)、基

13、因芯片等。這些技術(shù)可以快速、靈敏、簡單地診斷疾病。常用的疾病診斷方法有酶聯(lián)免疫吸附檢測(cè)法和DNA診斷技術(shù)。單克隆抗體可以用于疾病治療，也可用于疾病診斷。如用于腫瘤治療的生物導(dǎo)彈，是將治療腫瘤的藥物與抗腫瘤細(xì)胞的抗體連接在一起，利用抗體與抗原的親和性，使藥物集中于腫瘤部位以殺死腫瘤細(xì)胞，減少藥物對(duì)正常細(xì)胞的毒副作用。單克隆抗體更多地是用于疾病的診斷和治療效果的評(píng)價(jià)。再有，基因芯片技術(shù)可用于包括遺傳性疾病、傳染性疾病及腫瘤等疾病的診斷、DNA序列分析、藥物篩選、基因表達(dá)水平的測(cè)定等領(lǐng)域。這些都為改善人類健康和提高生命質(zhì)量起到一定的促進(jìn)作用。生物技術(shù)的應(yīng)用日益深廣，不但對(duì)醫(yī)學(xué)造成影響，也對(duì)工業(yè)、農(nóng)業(yè)產(chǎn)生影響，生物冶金技術(shù)、生物信息工程的出現(xiàn)充分說明了這一點(diǎn)。預(yù)計(jì)到21世紀(jì)，生物工程的發(fā)展，生物技術(shù)的應(yīng)用將滲透到各領(lǐng)域各行各業(yè)。各種動(dòng)態(tài)表明，世界生物技術(shù)將迎來一個(gè)快速發(fā)展的新時(shí)代。需要我們的努力讓生物技術(shù)在醫(yī)學(xué)和其他方面應(yīng)用的更深、更好。