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生物信息学的发展现状及应用前景

Dream-Chaser

摘要：起源于1950s的生物信息学，经过近60年的蓬勃发展，已

取得了相当大的成就，其在疾病治疗、农业生产、生命科学理论等方面展现了良

好的应用前景，它的发展将极大地促进人类社会的进步。

关键字：生物信息学；发展；现状；应用；用途；前景；内容

1.生物信息学的概念及外延

生物信息学从广义上讲就是指以核酸、蛋白质等生物大分子为主要研究

对象，以信息、数理、计算机科学为主要研究手段，以计算机网络为主要研

究环境，以计算机软件为主要研究工具，对序列进行储存、管理、注释、加

工，对各种数据库进行查询、搜索、比较、分析，构建各种类型的专用数据

库信息系统，研究面向生物学家的新一代计算机软件；并利用数理统计、模

式识别、动态规划、密码解读、语意解析、信令传递、神经网络、遗传算法

以及隐马氏模型等各种方法，对序列、结构数据进行定性和定量分析，从中

获取基因编码、基因调控、序列—结构—功能关系等理性知识，阐明细胞、

器官和个体的发生、发育、病变、衰亡的基本规律和时空关系，探索生命起

源、生物进化、生命本质等重大理论问题，最终建立生物学周期表。从其定

义中我们可以看出，生物信息学“任重道远”，虽然取得了很多阶段性的成

就，但距离其最终目标任就有一段遥远的距离。要想把生物信息学中的理论

成果运用到实际生产中恐怕又有一段遥远的距离。

2.生物信息学主要研究的内容

2.1基因组的研究[1]

基因组表示一个生物体所有遗传信息的总和。一个生物体基因组所

包含的信息决定了该生物体的生长、发育、繁殖和消亡等几乎所有的生

命现象。它包括序列基因组、结构基因组、功能基因组、比较基因组的

研究。对基因组的研究有助于基因诊断与基因治疗的发展和应用。

2.2生物芯片的研究[2]

生物芯片主要是根据分子间特异性相互作用的原理,将生命科学领

域中不连续的分析过程集成于芯片表面,构建微流体生物化学分析系统,

以实现对细胞、蛋白质、核酸、糖类及其它生物组分的准确、快速、大

信息量的检测。它可以广泛应用于基因差异表达分析、DNA测序、基因

突变及多态性扫描、基因组DNA突变及染色体变异检测、肿瘤与传染病

的诊断、环保监测、药物筛选、食品监督、商品检验、司法鉴定和军事

等各个方面。

2.3蛋白质组的研究[3]

蛋白组的概念是由于基因表达水平并不能代表细胞中活性蛋白质的

数量,基因组序列并不能描述活性蛋白质所必需的翻译后修饰和反映蛋

白质种类和含量的动态变化过程而提出的。对它的研究可以获得蛋白质

组成、表达差异和修饰情况等方面的大量信息。但，需要进行庞大数据

量的分析、处理存储和挖掘。

2.4生物大分子的结构模型与药物设计[4]

随着HGP计划的完成，后基因组计划的实施，人类更多的基因及其

功能将被解密出来。通过基因便可推测出其所编码蛋白的一级结构，而

要知道蛋白质功能的分子基础就必须得弄清楚它的三维空间结构。所以

要进行生物分子结构模型的研究，从而为药物的设计提供基础。因为药

物的作用也与其三维空间结构密切相关。

2.5生物信息学其他方面的研究

生物信息学研究的内容比较多，除上述所列出的之外，还包括生物

分子数据的收集于管理、数据库序列搜索及序列比较、基因表达数据的

分析与处理等等。其处理的数据量庞大，因而对计算机技术依赖较大。

3.生物信息学的发展现状

3.1生物信息学数据库的发展现状[5]

在HGP计划、分子生物学等的带动下，生物信息学取得了很大的发

展。在数据库方面尤为迅速，目前，已经有核酸