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生物信息学综述

第一篇：生物信息学综述2008级临床学院(生殖专业)陈涛2008221593生物信息学综述摘要:主要是对生物信息学的起源及概念进行论述,以及区别基因组信息学,重点对生物信息学的研究内容进行综述,并对国内外研究的热点问题进行讨论,最后是对发展前景提出未来展望。由于人类基因组计划的胜利完成与生物信息学的发展密切相关，使生物信息学的发展为生命科学的发展和研究带来了很多的帮助，并对其进行一般性的分析。一、生物信息学的起源生物信息学是80年代开始于人类基因组计划的启动，而兴起的一门边缘学科。随着生物科学和计算机科学的迅猛发展，由此而诞生的生物信息学逐渐发展成为一门独立的学科。其名字来源更早，生物信息学的概念是在1956年美国田纳西州盖特林堡召开的“生物学中的信息理论研讨会”上产生的。并由林华安博士在1987年正式为这一领域定下”生物信息学”这一称谓。生物信息学主要是一门运用生物学、数学、统计学、物理学、化学、信息科学以及计算机科学等诸多学科的理论方法研究生物学系统和生物学过程中信息流的综合系统科学，通过其独特的桥梁作用和整合作用,使人们能够从各生物学科众多分散的观测资料中,获得对生物学系统和生物学过程运作机制的理解,最终达到自由应用于实践的目的。生物信息学的实质就是利用计算机科学和网络技术来解决生物学问题。生物信息并不仅限于基因组信息，生物信息学也并不等同于基因组信息学。我们普遍认为生物信息学是把基因组DNA序列信息分析作为源头，破译隐藏在DNA序列中的遗传语言，找到代表蛋白质和DNA基因的编码区，特别是阐明非编码区的实质，从而认识生物有机体代谢、发育、分化和进化的规律；同时在发现了新基因信息之后进行蛋白质空间结构的模拟和预测，然后依据特定蛋白质的功能进行必要的药物设计。因此，现代生物信息学主要包括3个重要内容，它们分别是基因组信息学、蛋白质的结构模拟以及药物设计。基因组信息学是指从基因组水平研究遗传的学科。随着各种生物基因组测序计划的展开与分子结构测定技术的突破以及因特网的普及，无数的生物学数据如雨后春笋般迅速涌现。到目前为止，已经测出了上百种生物体的完整基因组序列。如何分析这些从实验过程中获得的大量原始数据,并从中获得与生物结构、功能相关的有用信息是当前困扰理论生物学家的一个棘手问题。解决这些问题又可以带来新技术的进步,推动生命科学的发展。.二、生物信息学与基因组研究的关系利用数学模式和计算机处理数据的功能来处理和分析大量增加的人类基因组信息的结果，使人类基因组计划和生物信息学紧紧地结合起来了，而且随着两者的紧密结合和互相渗透，人类基因组计划的前进步伐会大大加快，从而提前完成计划，为人类造福。生物信息学以基因组信息学为核心，主要任务是收集、储存、分发基因组的数据和信息，管理和分析、处理基因组及相关的蛋白质、mRNA的信息，根据基因组数据和信息的比较分析，发现新的基因，并对基因结构和功能进行研究。在此基础上,归纳、整理与基因组遗传信息释放及其调控相关的转录谱和蛋白质谱的数据,从而认识生物代谢、发育、分化、进化的规律。因此生物信息学的研究内容是伴随着基因组研究的不断成功而发展的。也就是说,生物信息学从事对基因组研究相关生物信息的获取、加工、储存、分配、分析和解释。这个定义的含义是双重的:一是对海量数据的收集、整理与服务,即管理好这些数据;二是从中发现新的规律,用好这些数据。人类基因组信息为药物发展提供了新的候选分子和新的候选药靶基因，基因组信息学提供的大量信息为这类技术的发展提供了广阔的天地。产生了许多新技术，其中有利用DNA探针阵列进行基因组研究的方法，其原理是通过更有效有作图、表达检测和多态性筛选方法，可以实现对人类基因组的测序。三、生物信息学的主要研究内容如今生物信息学界的大部分研究人员都把注意力都集中在序列比对、序列分析、基因组、蛋白质组、蛋白质结构以及与此密切相关的药物设计上方面。1、序列比对生物学中的序列是指核酸或氨基酸序列,而序列比对的基本问题是比较两个或两个以上符号序列的相似性或不相似性。序列比对是生物信息学的基础。两个序列的比对现在已有较成熟的动态规划算法，以及在此基础上编写的比对软件包BALST和FASTA。这些软件在数据库查询和搜索中有重要的应用。有时两个序列总体并不很相似，但某些局部片断相似性很高。两个以上序列的多重序列比对目前还缺乏快速而又十分有效的算法。多重序列比较是将待研究序列加入到一组与之同源,但来自不同物种的序列中进行多序列比较,以确定该序列与其它序列间的同源性大小。根据序列同源性分析的结果,重建反映物种间进化关系的进化树。多重序列比对是当前一个研究热点,常用算法有分治法,HMM及聚类法等。目前基因组比对也引起研究者们的关注。不同物种间的基因组比对既能够解释和预测他们蛋白质功能的相似性