發信人: yaomc (白頭翁&山東大漢), 信區: DataMining
標  題: 生物信息學－基因組研究的有力工具（1）
發信站: 南京大學小百合站 (Fri Dec 14 15:21:13 2001), 站內信件

發信人: brilliancy (酷酷 孑孑), 信區: MS       
標  題: 生物信息學—基因組研究的有力工具（之五）(轉載)
發信站: BBS 水木清華站 (Thu Dec 13 12:08:01 2001)

【 以下文字轉載自 HSC 討論區 】
【 原文由 Mayaochun 所發表 】

什么是生物信息學
生物信息學（Bioinformatics）是一門新興的交叉學科。很多人會認為：生物信息
學既涉及生物又涉及物理，一定是一個內容十分廣泛的學科領域。其實它的內涵十
分具體，范圍非常明確。生物信息學是伴隨基因組研究而產生的，因此它的研究內
容就緊隨著基因組研究而發展。
廣義地說，生物信息學從事對基因組研究相關生物信息的獲取、加工、儲存、分配
、分析和解釋。這一定義包括了兩層含義，一是對海量數據的收集、整理與服務，
也就是管好這些數據；另一個是從中發現新的規律，也就是用好這些數據。
具體地說，生物信息學是把基因組DNA序列信息分析作為源頭，找到基因組序列中
代表蛋白質和RNA基因的編碼區；同時，闡明基因組中大量存在的非編碼區的信息
實質，破譯隱藏在DNA序列中的遺傳語言規律；在此基礎上，歸納、整理與基因組
遺傳信息釋放及其調控相關的轉錄譜和蛋白質譜的數據，從而認識代謝、發育、分
化、進化的規律。
生物信息學還利用基因組中編碼區的信息進行蛋白質空間結構的模擬和蛋白質功能
的預測，并將此類信息與生物體和生命過程的生理生化信息相結合，闡明其分子機
理，最終進行蛋白質、核酸的分子設計、藥物設計和個體化的醫療保健設計。
基因組信息學、蛋白質的結構計算與模擬以及藥物設計，這三者緊密地圍繞著遺傳
信息傳遞的中心法則，因而必然有機地連接在一起。
為什么基因組研究需要依賴生物信息學呢？首先伴隨著基因組研究，相關信息出現
了爆炸性增長，迫切需要對海量生物信息進行處理。自1995年科學家破譯了全長為
180萬核苷酸的嗜血流感桿菌基因組以來，到目前已有大約60個微生物和若干真核
生物，如：酵母、線蟲、果蠅、擬南芥的完整基因組完成測序。至2001年的春天，
科學家又公布了人類基因組的絕大部分序列，即：人類基因組的工作草圖。這些成
就意味著基因組的研究將全面進入信息提取和數據分析的嶄新階段。根據國際數據
庫的統計，1999年12月DNA堿基數目為30億，2000年4月DNA堿基數目是60億，現在
這一數目已達140億，大約每14個月翻一番。同時，電子計算機芯片對于數字處理
能力的增長也相當于每18個月翻一番。因此，計算機能夠有效地管理和運行海量數
據。
但是，更為本質的原因是基因組數據的復雜性。所謂某種生物的基因組就是指該生
物所有遺傳物質的總和。生物的遺傳物質是一類稱為脫氧核糖核酸（DNA）的生物
大分子，它是由4種核苷酸串接起來組成的，通常用字符A、T、G、C代表。通俗地
說，生物的遺傳密碼就是這4個字符連接起來的線狀長鏈。這種鏈往往很長，比如
：人的遺傳密碼就含有32億個字符，將它們堆起來就構成了一部100多萬頁、每頁
有3000字符的“天書”。這本“天書”包含了人體的結構和功能以及生命活動過程
的大量信息，卻僅僅由4個字符組成，既無詞法，又無句法，還沒有標點符號，看
起來每一頁都是相似的。如何讀懂它是個極大的難題。基因組研究最終是要把生物
學問題轉化成對數字符號的處理問題。要解決這樣的問題就必須發展新的分析理論
、方法、技術、工具，就必須依賴計算機的信息處理。
從事生物信息學研究應具備多方面的科學基礎。首先，它需要一定的計算能力，包
括相應的軟、硬設備。要有各種數據庫或者能與國際、國內的數據庫系統進行有效
的交流。
要有發達、穩定的互聯網絡系統；同時，生物信息學需要強有力的創新算法和軟件
。沒有算法創新，生物信息學就無法獲得持續的發展。最后，它要與實驗科學，特
別是與自動化的大規模高通量的生物學研究方法與平臺技術建立廣泛、緊密的聯系
。這些技術，既是產生生物信息數據的主要方法，又是驗證生物信息學研究結果的
關鍵手段。因此，從事生物信息學研究的人員也必須具備多學科交叉的知識。
我國生物信息學的研究和應用有一定的基礎，因而有望取得突破性成果，這對于增
強我國在基礎研究領域的實力，在某些方面占據國際領先地位是十分重要的。生物
信息學成果的應用也會產生巨大的社會效益和經濟效益。

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