生物信息学与药物研究.ppt

生物信息学与药物研究 袁秉祥 西安交通大学医学院药理教研室 710061, ybx@xjtu.edu.cn 是现代生物学和信息学大发展、相结合的产物；是利用计算机和网络等先进技术，收集、分析和处理海量和高度复杂的生物学数据，理性地获取生物学新知识的新学科。 生物学 + 数学 + …… 传统生物信息学： 利用计算机和网络技术收集、贮存、分析和处理生物大分子的数据；用数理和信息学的观点、理论和方法研究生命现象，综合分析生命信息的科学。 现代生物信息学 利用网络和现代技术获取、处理、存贮、分析、解释和交互生物学信息，对生物大分子结构和功能等生命信息进行综合分析、开发和利用的崭新学科。 出现了在计算机和网络上进行生物学创新研究的生物信息学家。 医药信息学 医药信息 + 信息载体 （图书、情报、计算机、网络、通讯…） 1. HGP使生物信息学应运而生 1）结构基因组学：读出HGP全部ATCG语言，即对人基因组作图和测出全部核苷酸序列。（基因解剖学或组织学） 2）功能基因组学：读懂HGP全部ATCG语言，了解HGP中全部基因的编码及功能。（2050年完成基因生理学和生物化学；2100年完成基因病理学） 2. 后基因组计划促进生物信息学进展 不但认识基因结构及基因表达，更要了解基因的调控、产物及其功能, 对蛋白质序列进行测定与解析。蛋白质组计划为生物信息学提出了更高要求。 （数据海量而复杂：基因序列不能表示蛋白质的功能及其与疾病的关系；蛋白质的修饰；一个基因可编码多个蛋白，一个蛋白可参与多个生物过程；蛋白质在细胞内定位变化和随内环境的变化……） 3. 现代生物学迫切需要信息共享与交流 1）基因组和蛋白质组计划工作量庞大，已经不是一个国家，几个实验室能单独完成，需要国际合作和多学科交叉，包括生物、物理、数学、计算机网络和通讯多学科协作。 2）众多的生物信息中心（35+11+ ……）、生物医学信息库（200以上）及繁多的处理软件在全球互联网络上公开，需要信息技术对海量的进进出出的生物信息进行分析、处理和方便快捷的传播，并与全人类共享。 4. 现代生物信息学的发展 技术上，应用分子生物学和生物物理学现代技术，如X射线晶体衍射、核磁共振，扫描隧道显微镜，DNA芯片，蛋白多肽芯片等技术。深度上，不但研究生物大分子一级结构，还要研究复杂的高级结构。广度上，把序列资料与三维结构和生物功能相联系。功能上，扩展到对信息的解释（理解），交流、综合分析和开发利用。 一、生物信息学研究内容 1. 生物大分子结构（序列、构象）、特性和功能（基因、蛋白表达谱）； 2. 蛋白质折叠等分子模拟和动力学； 3. 生物技术：基因工程、蛋白质工程和蛋白质药物； 4. 生物统计，智能软件，计算机技术（光子，量子及生物计算机）及三维结构研究技术； 5. 生物科学网络技术，生物信息贮存、传输和利用。 4. 数据的获取 生物研究是采用数字化技术对资料进行处理，而且多需自动化提取模拟量信息。DNA测序时，通过对荧光信号拾取、分析、解释及图象处理获取数据。共聚焦显微镜、激光扫描技术在此过程中也发挥了重大作用。 7. 数据的处理和分析 包括以下步骤: 1）序列重叠群的拼接 通过拼接把每次测定的有限片段资料，经计算机综合分析排列，多个重叠短DNA序列就组成一条前后有序的DNA序列。 2）预测序列中的功能区域 现在已有软件程序在计算机上对未知序列功能进行预测，其准确率在90%以上。 3) 序列对比 主要是运用BLAST系统的同源性比较方法。依据“结构相似，功能相似”这一原则，与功能已知基因序列对比有助于提示新克隆基因功能。由于越来越多的基因功能被阐明，参照系数量大增，新的未知人类基因与文库中已知基因的匹配有望得到提高。也可运用多重序列对比（三个以上）方法进行相似性比较。 5）蛋白质数据库有哪些信誉好的足球投注网站 把新的蛋白质结构和数据库中已知的蛋白结构进行比较。与人4万基因相比，蛋白质空间结构和折叠形式是有限的 （已发现约5千种肽链折叠空间结构）。 6）数据库管理 生物信息学不但在于“读出”HGP遗传信息，更重要是“读懂”HGP序列。主要；靠运用计算机和网络技术，包括： * 实验室数据管理，包括强大贮存能力（100G）和分析质控能力。