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生物信息学的发展与现况 胡鸢雷 21世纪是生命科学的时代，也是信息时代。随着人类基因组计划的实施，有关核酸、 蛋白质的序列和结构数据呈指数增长。面对巨大而复杂的数据，运用计算机管理数据、 控制误差、加速分析过程势在必行。从20世纪80年代末开始，生物信息学 (Bioinformatics)逐渐兴起并蓬勃发展。近年来，计算机和因特网的发展为生物信息的 传递提供了硬件基础和便利。 1 生物信息学概述 生物信息学是在生命科学的研究中，以计算机为工具对生物信息进行储存、检索和 分析的科学。它是当今生命科学和自然科学的重大前沿领域之一，同时也将是21世纪 自然科学的核心领域之一。其研究重点主要体现在基因组学(Genomics)和蛋白组学 (Proteomics)两方面，具体说，是从核酸和蛋白质序列出发，分析序列中表达的结构与 功能的生物信息。目前基因组学的研究出现了几个重心的转移：一是将已知基因的序列 与功能联系在一起的功能基因组学研究。二是从作图为基础的基因分离转向以序列为基 础的基因分离。三是从研究疾病的起因转向探索发病机理。四是从疾病诊断转向疾病易 感性研究。生物芯片(Biochip)的应用将为上述研究提供最基本和必要的信息及依据， 将成为基因组信息学研究的主要技术支撑。生物信息学的发展为生命科学的进一步突破 及药物研制过程革命性的变革提供了契机。就人类基因组来说，得到序列仅仅是第一步， 后一步的工作是所谓后基因组时代 (post-genome era) 的任务，即收集、整理、检索 和分析序列中表达的蛋白质结构与功能的信息，找出规律。生物信息学将在其中扮演至 关重要的角色。 2 生物信息学的研究范围 大致可分三类： (1)数据库的建立与优化。国际上著名的公共数据库有genebank、swissport、PIR、 PDB，另外一些公司还有内部数据库。 (2)培养生物信息学专业人员。 (3)数据库的理论研究、软件的研制、序列的排列比较(alignment)、对新序列的识 别与预测等。 3 意义及现状 生物信息学的发展将会对生命科学带来革命性的变革。它的成果不仅对相关基础学 科起巨大的推动作用，而且还将对医药、卫生、食品、农业等产业产生巨大的影响，甚 至引发新的产业革命。 因此，各国政府和工业界对此极为重视，投入了大量资金。欧美各国及日本相继成 立了生物信息数据中心，如美国的国家生物技术信息中心、国家基因组资源中心、英国 的欧洲生物信息研究所、日本的国家遗传学研究所等。以西欧各国为主的欧洲分子生物 学网络组织(European Molecular Biology Network, EMBNet)，是目前国际最大的分子 生物信息研究、开发和服务机构，通过计算机网络使英、德、法、瑞士等国生物信息资 源实现共享。 4 生物信息数据库 目前，国际性合作的几个基因组计划已经积累了超大量的生物信息并以不同组织形 式构成许多数据库.其中一些属于商业数据库需要预先注册和付费才能检索，而更多数 据库是公开和免费的并可通过互联网络(Internet)访问.随着研究深入，公共数据库越 来越成为世界各地生物学家的重要给养. 美国国家实验室(Brookhaven National Laboratory, BNL)的蛋白质数据库(Protein data bank, PDB)可同时提供蛋白质序列及其三维空间晶体学原子坐标.其中受体-配体、 抗原-抗体、底物-酶复合物等相互作用分子的共结晶图谱是基于同源比较的分子设计所 需的最佳模型，因此PDB为初步的蛋白质合理设计提供了无价的知识来源.其超文本传 输(hyper text transfer protocol)地址为/，文件传输(file transfer protocol)地址为 /pub/databases/pdb/all-entries/compressed-files/.PDB在 几个世界著名科研机构所在地设有镜象站点(mirror site)，如欧洲生物信息学研究所 (European Bioinformatics Institute, EBI)的http://www.ebi.ac.uk/pdb/和 ftp://ftp.ebi.ac.uk/pub/databases/pdb/，北京大学物理化学研究所的 2/npdb/和 2/fullrelease/compre