生物信息學(xué)主要內(nèi)容和發(fā)展前景

1/1生物信息學(xué)主要內(nèi)容和發(fā)展前景生物信息學(xué)主要內(nèi)容和發(fā)展前景

學(xué)生：xxx

（x學(xué)院xxxx班，學(xué)號xxxxxxxxxxx）

列的多重序列比對目前還缺乏快速而又十分有效的算法。

（二）結(jié)構(gòu)比對

比較兩個或兩個以上蛋白質(zhì)分子空間結(jié)構(gòu)的相似性或不相似性。

（三）蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測

從方法上來看有演繹法和歸納法兩種途徑。前者主要是從一些基本原理或假設(shè)出發(fā)來預(yù)測和研究蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和折疊過程。分子力學(xué)和分子動力學(xué)屬這一范疇。后者主要是從觀察和總結(jié)已知結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)規(guī)律出發(fā)來預(yù)測未知蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。同源模建和指認(rèn)（Threading）方法屬于這一范疇。雖然經(jīng)過30余年的努力，蛋白結(jié)構(gòu)預(yù)測研究現(xiàn)狀遠遠不能滿足實際需要。

（四）計算機輔助基因識別

給定基因組序列后，正確識別基因的范圍和在基因組序列中的精確位置.這是最重要的課題之一，而且越來越重要。經(jīng)過20余年的努力，提出了數(shù)十種算法，有十種左右重要的算法和相應(yīng)軟件上網(wǎng)提供免費服務(wù)。原核生物計算機輔助基因識別相對容易些，結(jié)果好一些。從具有較多內(nèi)含子的真核生物基因組序列中正確識別出起始密碼子、剪切位點和終止密碼子，是個相當(dāng)困難的問題，研究現(xiàn)狀不能令人滿意，仍有大量的工作要做。

(五)非編碼區(qū)分析和DNA語言研究

在人類基因組中，編碼部分進展總序列的3~5%，其它通常稱為“垃圾”DNA，其實一點也不是垃圾，只是我們暫時還不知道其重要的功能。分析非編碼區(qū)DNA序列需要大膽的想象和嶄新的研究思路和方法。DNA序列作為一種遺傳語言，不僅體現(xiàn)在編碼序列之中，而且隱含在非編碼序列之中。

（六）分子進化和比較基因組學(xué)

早期的工作主要是利用不同物種中同一種基因序列的異同來研究生物的進化，構(gòu)建進化樹。既可以用DNA序列也可以用其編碼的氨基酸序列來做，甚至于可通過相關(guān)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)比對來研究分子進化。以上研究已經(jīng)積累了大量的工作。近年來由于較多模式生物基因組測序任務(wù)的完成，為從整個基因組的角度來研究分子進化提供了條件。可以設(shè)想，比較兩個或多個完整基因組這一工作需要新的思路和方法，當(dāng)然也渴望得到更豐碩的成果。這方面可做的工作是很多的。（七）序列重疊群（Contigs）裝配。

一般來說，根據(jù)現(xiàn)行的測序技術(shù)，每次反應(yīng)只能測出500或更多一些堿基對的序列，這就有一個把大量的較短的序列全體構(gòu)成了重疊群（Contigs）。逐步把它們拼接起來形成序列更長的重疊群，直至得到完整序列的過程稱為重疊群裝配。拼接EST數(shù)據(jù)以發(fā)現(xiàn)全長新基因也有類似的問題。已經(jīng)證明，這是一個NP-完備性算法問題。

（八）遺傳密碼的起源。

遺傳密碼為什么是現(xiàn)在這樣的？這一直是一個謎。一種最簡單的理論認(rèn)為，密碼子與氨基酸之間的關(guān)系是生物進化歷史上一次偶然的事件而造成的，并被固定在現(xiàn)代生物最后的共同祖先里，一直延續(xù)至今。不同于這種“凍結(jié)”理論，有人曾分別提出過選擇優(yōu)化、化學(xué)和歷史等三種學(xué)說來解釋遺傳密碼。隨著各種生物基因組測序任務(wù)的完成，為研究遺傳密碼的起源和檢驗上述理論的真?zhèn)翁峁┝诵碌乃夭摹?/p>

三、生物信息學(xué)研究的發(fā)展現(xiàn)狀

資金和實力非常重要，生物信息的研究投入短期不算大，但是結(jié)合成果，其投入相當(dāng)?shù)拇?。因為目前生物信息主要在于教學(xué)和和研究，商業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用不算很廣。如一套LIMS加上軟件就要花上數(shù)千萬。加上相關(guān)項目的研究開發(fā)，不是國內(nèi)相關(guān)的機構(gòu)所能承受的。所以需要得到政府的支持和幫助。以及有識之士的投入。否則我們又將遠遠落后國外。國內(nèi)的制藥行業(yè)將永不得翻身！基因的流失(國外一些國家打著給國內(nèi)免費治療，分析疾病的考旗幟，暗中收集了國內(nèi)不同省份，地區(qū)的遺傳類疾病和特性。這些資源，我們國家忽略，應(yīng)當(dāng)說目前還沒有這樣的實力進行研究）。落后就要挨打，21世紀(jì)是生物的世紀(jì)?；虼髴?zhàn)不可避免?；蚝图膊〉难芯亢艽蟪潭染褪菙?shù)據(jù)的分析。里面的領(lǐng)頭羊就是生物信息。國內(nèi)應(yīng)當(dāng)在基礎(chǔ)教學(xué)，基礎(chǔ)研究并結(jié)合應(yīng)用力度。

當(dāng)然國內(nèi)的人才濟濟，如有更多計算機領(lǐng)域和數(shù)學(xué)（統(tǒng)計方面的）人才參與到生物信息，將如虎添翼。目前我國生物信息學(xué)發(fā)展面臨著如下幾方面的困境：（一）政府投資不足

雖然國際上生物信息學(xué)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。最近美國許多研究院紛紛申請要求政府加大生物信息學(xué)工具與數(shù)據(jù)庫方面的投入，而且歐洲、日本、澳大利亞在這些領(lǐng)域也存在著資金困擾問題，歐洲生物信息學(xué)研究所（EBI）和歐洲基金會生命科學(xué)中心去年都

遇到了麻煩。目前雖然危機已經(jīng)暫時渡過，但未來幾年EBI數(shù)據(jù)庫和其它基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)仍將受到資金短缺的困擾，一致有人發(fā)出了"免費數(shù)據(jù)服務(wù)還能維持多久"的疑問。

（二）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(xué)公司向該領(lǐng)域大規(guī)模的進軍。世界最大制藥集團之一的GibaGeigy和Sandoz合資建立的Novartis公司投資2.5億美元建立基因組研究所；Glaxo-Wellcome在基因組研究領(lǐng)域投入4700萬美元，將研究人員增加一倍;SmithKline公司花125億美元擴展人基因組的順序，將生物信息學(xué)的研究人員從2人增加至70人，并將該公司藥物開發(fā)項目中的25%建立在基因組學(xué)之上。這一方面給生物信息學(xué)發(fā)展注入了生機，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(xué)術(shù)部門的資金投入遠遠不及工業(yè)部門，其負(fù)面沖擊力不可忽視。畢竟經(jīng)濟利益的盲目追求會導(dǎo)致基因組研究的片面性，生物信息學(xué)長路漫漫，保護這些學(xué)術(shù)部門的良好發(fā)展非常有必要。

（三）專業(yè)人才匱乏

目前該領(lǐng)域缺乏懂得如何利用計算機技術(shù)處理大量生物數(shù)據(jù)的生物學(xué)家，不少生物學(xué)家只是將計算機用來打字或作為圖紙的替代品。甚至出現(xiàn)了這樣有趣的現(xiàn)象：制藥業(yè)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物技術(shù)研究團體經(jīng)常在學(xué)術(shù)機構(gòu)大肆搜查那些"可疑人"，更有甚者他們彼此間互挖"墻角"。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(xùn)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(xùn)后的人才往往由于高薪誘惑而投身應(yīng)用工業(yè)部門，導(dǎo)致培訓(xùn)教育人員越來越少，出現(xiàn)"斷層"現(xiàn)象。

四、生物信息學(xué)的發(fā)展前景

《第三次技術(shù)革命》里有這樣描述：“一場與工業(yè)革命和以計算機為基礎(chǔ)的革命有相同影響力的變化正在開始。下一個偉大時代將是基因組革命時代，它現(xiàn)在處于初期階段?！被蚪M學(xué)的發(fā)展已經(jīng)進入后基因組研究階段,致力于蛋白質(zhì)功能研究的蛋白質(zhì)組學(xué)和功能蛋白質(zhì)組學(xué)正在蓬勃發(fā)展,在生物信息學(xué)發(fā)展的帶動下,我們必定能夠揭示各種生命現(xiàn)象的奧秘,并帶動多個學(xué)科的跨越式發(fā)展。生物信息學(xué)的發(fā)展將對分子生物學(xué)、藥物設(shè)計、工作流管理和醫(yī)療成像等領(lǐng)域產(chǎn)生巨大的影響,極有可能引發(fā)新的產(chǎn)業(yè)革命。此外,生物信息學(xué)所倡導(dǎo)的全球范圍的資

源共享也將對整個自然科學(xué)乃至人類社會的發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響。有理由相信，今日生物學(xué)數(shù)據(jù)的巨大積累將導(dǎo)致重大生物學(xué)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，生物信息學(xué)的發(fā)展在國內(nèi)、外基本上都處在起步階段，因此，這是我國生物學(xué)趕超世界先進水平的一個百年一遇的極好機會。

五、結(jié)束語