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生物信息学在临床医学上的应用(总

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生物信息学在临床医学上的应用

摘要：生物信息学自诞生之日起,其技术手段便在生物学、医学、农学和药学等

领域的研究中得到广泛应用。本文主要讲述生物信息学在临床医学上的应用。

关键词：生物信息学临床医学应用

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，相关信息也迅速增长；自1995年

科学家破译全长为180万核苷酸的嗜血流感杆菌基因组以来，到2009年1月已

有2271种原核生物和383种真核生物的完整基因组完成测序或正在进行。2001

年，公布了人类基因组的工作草图；2007年，公布了人类单个个体二倍体基因

组序列，为未来的基因组比较打开了一道门，也开创了个体基因组信息的新纪

元。这些成就意味着基因组的研究将全面进入信息提取和数据分析的崭新阶

段。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。20世纪80年代末，生物信息学（Bioinformatics）逐渐兴起并蓬勃

发展。

生物信息学（Bioinformatics）一词由美籍学者林华安博士（HwaA.Lim）

首先创造和使用。生物信息学是多学科的交叉产物，涉及生物数学、物理、计

算机科学、信息科学等多个领域。狭义的讲，生物信息学是对生物信息的获

取、存储、分析和解释；计算生物学则是指为实现上述目的而进行的相应算法

和计算机应用程序的开发，这两门学科之间没有严格的分界线，统称为生物信

息学。生物信息学对于管理现代生物学和医学数据具有重大意义，其研究成果

将对人类社会和经济产生巨大推动作用。

1.生物信息学在临床医学上的应用

疾病相关基因的发现

研究发现很多疾病的发生与基因突变或基因多态性有关。有学者估计与癌症

相关的原癌基因约有1000个，抑癌基因约有100个；约有6000种以上的人类

疾患与各种人类基因的变化相关联；更多的疾病是环境（包括致病微生物）与

人类基因（或基因产物）相互作用的结果。随着人类基因组计划的深入研究，

当明确了人类全部基因在染色体上的位置，他们的序列特征（包括单核苷酸多

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态sin-gle-nucleotidepolymorphisms,SNPs）以及他们的表达规律和产物（RNA

和蛋白质）特征以后，人们就可以有效地了解各种疾病发生的分子机制，进而

发展适宜的诊断和治疗手段。

发现新基因是当前国际上基因组研究的热点，使用生物信息学的方法是发现

新基因的重要手段。目前发现新基因的主要方法有多种:(1)基因的电脑克隆:所

谓基因的“电脑克隆”，就是以计算机和互联网为手段，发展新算法，对公

用、商用或自有数据库中存储的表达序列标签进行修正、聚类、拼接和组装，

获得完整的基因序列，以期发现新基因。(2)通过多序列比对从基因组DNA序

列中预测新基因川:从基因组序列预测新基因，本质上是把基因组中编码蛋白质

的区域和非编码蛋白质的区域区分开来。从理论方法来讲，就是要找到在编码

区和非编码区哪些数学、物理学特征不同。将这些序列与已知基因数据库进行

比较，就可以发现新的基因。(3)发现单核昔酸多态性:现在普遍认为SNPs研

究是人类基因组计划走向应用的重要步骤。这主要是因为SNPs将提供一个强有

力的工具，用于高危群体的发现、疾病相关基因的鉴定、药物的设计和测试以

及生物学的基础研究等。

新的药物分子靶子的发现与确立

目前，新的药物分子靶点的发现和确立已离不开生物信息学的工作。从某

种意义上说，生物信息学在靶点确定中的应用已成为发现药物的新模式。目前

药物开发的关键是如何在大量的潜在靶点中筛选出最有可能获得成功并应用于

临床的靶点。这使得生物信息学研究的焦点从对靶点的推测转移到了对靶点的

识别与确定上。生物信息学可以帮助人们在药物开发过程中更早、更快地找到

更佳的药物作用靶点，减少研发时间和所需临床试验的数量。发现候选药物作

用靶点的方法主要有表达序列标签数据库搜寻、综合分子特征方法和结构生物

学方法等。

发现候选药物作用靶点后，还必须对靶点蛋白质进行功能验证，并确定其