谁一个、、论文不才交么……生物信息在生物学研究中的作用。生物信息是指生物体中包含的全部信息,如基因组信息、蛋白质、核酸、糖类等生物大分子的结构等。生物信息对生物体的生存、繁殖都起着重要作用。生物信息包含的范围很广,除遗传物质、神经电冲动和激素之外,生物体发出的声音、气味、颜色以及生物的行为本身都含有信息,都对生物的个体和群体产生影响,和生物的生存与进化密不可分。生物信息的特点是消耗极少的能量和物质即可产生极大的生物效应。生物信息一般可分为遗传信息、神经和感觉信息及化学信息。虽然遗传信息和神经感觉信息的载体都属于化学物质,但通常所指的化学信息是除以上两类物质以外的化学物质所携带和传递的信息。高等生物的激素及昆虫外激素都属于这一类。遗传信息是指生物为复制与自己相同的东西、由亲代传递给子代、或各细胞每次分裂时由细胞传递给细胞的信息, 即碱基对的排列顺序(或指DNA分子的脱氧核苷酸的排列顺序) 。遗传信息以密码形式存储在DNA分子上,通过DNA的复制传递给子代。在后代生长发育过程中,遗传信息自DNA转录给RNA,后翻译成特异的蛋白质,以执行各种生命功能。从历史上看,首先是由(1866)的研究形成了概念,即相应于生物各种性状的因素(现在称为基因)中包含着相应的信息(以后等人(1941)所开创了遗传生物化学的研究,描绘出这样一个轮廓:基因和决定生物结构与功能的蛋白质之间具有一对一的对应关系。 关于基因的化学本质方面,根据等(1944)进行的转化实验,以及和(1952)用大肠杆菌噬菌体的DNA进行的性状表达实验,已阐明DNA是遗传信息的载体。附着DNA结构研究的进展,现在已经确立了这样的概念,即基因所具有的信息可将DNA的碱基排列进行符号化。信息在表达时,DNA的碱基排列首先被转录成RNA的碱基排列,然后再根据这种排列合成蛋白质。有的病毒的遗传信息的载体不是DNA,而是RNA。遗传信息不仅有相应于蛋白质的基因信息,也包括对信息解读所必需的信息、控制信息表达所必需的信息,以及生物为了复制与自己相同结构所必需的一切信息。神经和感觉信息靠电脉冲和神经递质携带和传递。神经系统接受内外环境中的信息,进行加工处理,调节和控制机体各部分功能。生物靠神经系统电脉冲和神经递质携带和传递。神经系统的功能是接收、传递内外环境中的信息,加以处理、分析,从而控制和调节机体各部功能,对环境作出适当的反应。因此,神经信息对于有机体的生存以及正常生活起着至关重要的作用。化学信息是除上述两类物质外由化学介质传递的信息。生物体的各种功能能够有条不紊地进行,对环境能及时做出反应,是由于生物体内存在着通过各种各样的化学信息分子进行传递的信息系统。生物信息在生物研究中有重要作用,然而,原始的生物信息资源挖掘出来后,生命科学工作者面临着严峻的挑战:数以亿计的ACGT序列中包涵着什么信息?基因组中的这些信息怎样控制有机体的发育?基因组本身又是怎样进化的?生物信息学产业的高级阶段体现于此,人类从此进入了以生物信息学为中心的后基因组时代。结合生物信息学的新药创新工程即是这一阶段的典型应用。因此,生物信息学便是生物信息在生物研究中重要应用。 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。生物信息学研究对象是生物信息。其研究重点主要体现在基因组学和蛋白学两方面,具体说就是从核酸和蛋白质序列出发,分析序列中表达的结构功能的生物信息。 具体而言,生物信息学作为一门新的学科领域,它是把基因组DNA序列信息分析作为源头,在获得蛋白质编码区的信息后进行蛋白质空间结构模拟和预测,然后依据特定蛋白质的功能进行必要的药物设计。基因组信息学,蛋白质空间结构模拟以及药物设计构成了生物信息学的3个重要组成部分。从生物信息学研究的具体内容上看,生物信息学应包括这3个主要部分:(1)新算法和统计学方法研究;(2)各类数据的分析和解释;(3)研制有效利用和管理数据新工具。 生物信息学作为基因组研究的有力武器,被广泛地用来加快新基因的寻找过程,以达到将“有用”新基因抢先注册专利的目的。在这场世界范围内的竞争中,中国科学家以及科研资金投向的决策部门如何结合我国科研水平的现状、优势领域等客观情况将有限的投资投入以求获得最大可能的科学研究以及商业回报,是一个无法回避的新课题。 生物信息学的主要研究方向: 基因组学 - 蛋白质组学 - 系统生物学 - 比较基因组学,随着包括人类基因组计划在内的生物基因组测序工程的里程碑式的进展,由此产生的包括生物体生老病死的生物数据以前所未有的速度递增,目前已达到每14个月翻一番的速度。同时随着互联网的普及,数以百计的生物学数据库如雨后春笋般迅速出现和成长。然而这些仅仅是原始生物信息的获取,是生物信息学产业发展的初组阶段,这一阶段的生物信息学企业大都以出售生物数据库为生。以人类基因组测序而闻名的塞莱拉公司即是这一阶段的成功代表。 综上所述,对生物信息的研究对生物学的蓬勃发展具有重要作用。
临床生物化学检验,作为一种能够通过使用特定仪器和 方法 ,对疾病发生过程中的生物变化进行检测,从而为后续的治疗提供指导意义的手段。下面是我为大家整理的浅谈生物化学检验论文,供大家参考。
《 临床生物化学和生物化学检验教学改革的探讨 》
【关键词】 临床生物化学;教学改革
临床生物化学和生物化学检验是一门集基础 理论 与专业技术紧密相结合的 应用 性专业学科,在该学科的教学过程中,如何抓住重点,深化教学改革,提高教学质量,使学生精医术、懂人文、有理想、能创新,下得去、用得上、留得住、有作为,体现民族学院的大医精诚,把学生培养成高素质的检验人才,我们结合我校情况和临床生化检验教学特点,通过一系列的新模式教学改革,收到了很好的效果。具体 内容 和实施 方法 如下。
1 临床生物化学和生物化学检验教学的现状
临床生物化学和生物化学检验基础要求高 临床生物化学和生物化学检验是建立在 分析 化学、生物化学等基础上的专门学科,它要求医学生必须熟练地掌握临床生物化学和生物化学检验的基本理论和基本技能,熟悉人体器官、组织、体液的化学组成和进行着的生化过程以及疾病、药物对这些过程的 影响 ,了解疾病诊断、病情监测、药物疗效、预后判断和疾病预防等内容,才有助于对临床生物化学和生物化学检验知识的深刻理解。根据医学院校的课程要求,分析相关的教学内容,对比国内外有关的教材并 参考 其他医学院校的教学要求,重点要强调知识更新,以最新的教材为主,使用周新教授主编的《临床生物化学和生物化学检验》第三版教材,融合其他参考书对教学内容加以扩充,同时通过阅读国内外专业期刊、杂志,浏览专业网站,将国内外的最新相关 研究 成果和技术及时地介绍给学生,使教学内容更加充实,弥补了教材中某些内容的滞后性,加大了课堂教学的信息量。这样,教材内容丰富、新颖、重点突出、实用,既利于教也利于学。
临床生物化学和生物化学检验教学内容多、抽象、难以理解 临床生物化学和生物化学检验由于涉及生物化学的基础理论知识,理解起来显得困难,而且随着学科的不断 发展 ,新疾病、新技术、新理论的出现,需要教学的内容增多。这给教学带来很多难题,长期以来,临床生物化学和生物化学检验是学生较难掌握的理论课程之一。加上学校教学改革的深入,教学时间的缩短,造成了教学内容与时间的矛盾。同时院系合一的工作特点,给老师带来教与学协调困难,几乎没有多余的时间给学生讲解临床最新仪器检测项目的原理、方法、检测范围、注意事项以及质量控制方面的有关内容。而学生对这些临床常用的检测项目的原理、方法、检测范围等知之甚少,对全面质量控制体系的运作、项目的校准、实验室误差的来源及如何纠正等十分关键的内容了解不多,期望通过实践加深对书本内容的理解未能实现,因此普遍觉得书本知识与实习内容难以相互联系及转化。然而,要加强临床生物化学和生物化学检验教学与临床实践的联系,使学生看到临床生物化学和生物化学检验在以后的 学习 和工作中的用途。在提高理论教学质量的前提下,通过改革实验 教学方法 ,这既是提高教学效果的有效 措施 ,又是对老师新的挑战。
临床生物化学和生物化学检验实践性强和操作性强 临床生物化学和生物化学检验是检验专业的一门重要学科,也是一门高度综合性的应用 科学 ,近年来随着 计算 机、生物化学、分子生物学、生物医学工程学和 电子 技术等学科的发展,临床生物化学和生物化学检验又吸收引进了大量的其他学科的先进技术,使临床生化检验工作在分析检测的速度和灵敏度上有了很大的提高,检测的方法学也有了很大的发展。为适应 时代 的需要,我们应该在现有的理论教学基础上,不断对我们所开展的实验课进行更新、调整,实验课是临床生物化学和生物化学检验 教育 过程中不可缺少的一部分,是一种实践性教学方式,是对理论教学的辅助,是对将来实习、工作的铺垫。它不仅可验证基础知识,巩固课堂所学的理论,更重要的是对学生进行基本技能训练,初步培养实践能力与独立工作能力。 目前 检验仪器不断地向自动化、智能化方向发展,检测项目由原来的单一项目检测到多项联合检测,检测内容由简单的的基本定性或半定量到微量、超微量检测,近几年来基因工程技术、酶工程技术、细胞生物工程技术、分子生物学工程技术等在临床上已广泛应用,因此,对检验人员的知识结构提出了更高的要求。
课程设置和教学内容无法适应时代发展要求 随着医学技术的发展,临床生物化学和生物化学检验在医学中的地位越来越重要。在新的形势下,我校检验专业主要培养面向 农村 、面向基层、面向社区的实用型检验人才。目前我院的临床生物化学和生物化学检验课程设置,理论课时是40学时,实验课时是55学时,而教学大纲要求理论课一般在54~60课时之间,实验课为70课时左右,如此少的理论和实验课时,难以完成教材内容,更何谈联系临床。再加上目前我们院校的课程教学内容体系仍然没有突破传统的以学科为中心的模式,课程之间独立性较大,学科界线明显,课程内容重复;虽然重视基本知识和技能的教学,又忽略对医学生职业态度和伦理、沟通技能、信息管理、批判性思维等方面的培养,无法适应 现代 医学专业人才全面发展的需求。通过对临床生物化学和生物化学检验教学的改革,我们认为,只有改革教学内容,改进教学方法,重视实验操作的基本功训练,加强实验技能考核,同时狠抓医德医风、职业道德规范教育,才能提高学生的基础理论水平和实验技能,培养出优秀的检验工作者。
2 如何实施临床生物化学和生物化学检验教学改革
加强师资队伍的培养,注重人力资源整合 具有一支高水平的教师队伍,是培养高质量人才的保证。目前我院临床生物化学教研室设有9名教师,其中博士、硕士各1人,教授1人,副教授2人,年青教师占大多数,是一支既具有扎实坚固的专业知识又有相当丰富临床 经验 的检验人员。应根据实际情况,派送没有受过专业训练的老师进行医学检验专业的单科进修,或参加有关专题的短期培训,或与教学经验丰富的老教师共同切磋授课经验,集体备课等等。通过专业学习,加深教师对专业知识的理解和运用。要鼓励教学经验丰富,专业知识广搏和科研能力较强的教师指导,同时要加强青年教师的培养,培养一支既精通专业理论,又熟悉实验操作、科研能力较强的“双师型”师资队伍。教师只有充分掌握本学科广搏的专业理论,先进的技术方法,了解本学科发展趋势和动态,才能给教学改革和创新活动提供较高的起点,才有利于培养学生发现 问题 、分析问题和解决问题的能力;有利于培养学生创造性思维和科研能力。
借鉴国际标准,推进医学院校本科临床生物化学和生物化学检验教学改革的创新 美国临床化学协会提议,医学检验人才必须具备:医学基础理论知识、临床 医学知识 、实际操作技能和临床实验室质量管理技能等四方面的知识和技能[1]。我院作为一所综合性医学院校,要对办学宗旨和目标进行合理定位,明确宗旨和目标的关键是进行科学定位。办学定位从大的范围来讲,主要是指学校是研究型、教学研究型或教学型、应用型。定位不一样,体现在对人才培养规格的要求上有所不同。根据我国的国情,重点医科大学主要培养研究性初级医生,地方性非重点医学院校主要培养应用性初级医生。不同的定位形成不同类型院校不一样的办学理念、宗旨和目标,对教学过程产生不一样的影响,也就 自然 形成不一样的办学特色[2]。因此,临床生物化学和生物化学检验教学质量在医学检验系学生的培养中,有着举足轻重的地位。然而要保证每一个学生有机会早期接触病人,参与病人医疗工作,在临床生物化学和生物化学检验教学中面临新的竞争,新的挑战,为解决这一面临问题,学院要成立一个大的模拟 医院 ,势在必行。旨在让学生对人体健康和患病时的化学状态进行研究以及掌握用于诊断、 治疗 和预防疾病的化学试验方法。通过人才培养目标定位,使培养的人才既符合国情需要又能与国际接轨。
临床生物化学和生物化学检验教学 内容 和教学 方法 的改革
选择规划教材,完善教学内容,制定教学大纲,优化教学组合 应采用与临床检验相适应的《临床生物化学和生物化学检验》第三版新教材。新教材的使用还需要各教师根据各自院校的专业层次,培养目标,教学时数的不同,对教材内容作适当的侧重,同时要注重癌基因与抑癌基因、肿瘤标志物、 治疗 药物浓度监测等内容的教学,以利于学生对当今 科技 水平 发展 的了解。在本课程的教学过程中,要求主要以临床常见疾病及其生化检验指标为主线,突出疾病的生化机制和生化检验技术两个方面,力求将生化检验与疾病诊断,病情监测和预后判断结合起来,从 现代 检验医学的高度开拓临床医学的新视野。在系统讲授 理论 知识的同时,开展讲课方法多样化:讲座式教学、 问题 讨论式教学、举例论证式教学、对比归纳式教学及双语教学,同时加强病例讨论,生动有趣地启发思维,培养学生建立正确的实验诊断思维和 应用 知识的能力,促进学生自主性 学习 、 研究 性学习和个性发展。
采用多媒体教学,提高教学质量,教学联系临床,提高学生兴趣 多媒体教学手段的应用可使一些抽象难懂的概念变为具体的可观察的画面,具有直观、生动、形象的特点,易于吸引学生注意力,激发学生的学习兴趣;有助于生化概念的理解和方法的掌握,增强学生对教学内容的理解和应用;此外,还可化繁为简,便于记忆,提高学生信息处理和运用的能力,使学生产生求知欲和兴趣,开阔视野,更好的引导学生,达到学而有效之目的。多媒体教学还可帮助学生学习和探究知识的教学过程,从而引导学生用 科学 的方法去学习和研究,有效地弥补教学时数的不足,缓解有限的教学时间和不断增加的教学内容之间的矛盾。多媒体教学过程本身教会学生如何利用多媒体提高学习的效率。课件是多媒体教学的一个最重要的组成部分,制作好坏直接 影响 教学效果。所以,课件制作过程中应当注意文字与图片、图像的有机结合,文字简洁、图片清晰,使学生一目了然又不过分花俏,以免分散学生注意力,起不到应用效果。
开放实验室,为学生提供第二课堂 实验教学是教学体系的重要组成部分。生化及生化检验是一门实验性学科,只有通过不断的开发新技术、新实验,才能完成理论验证的教学任务。学生通过亲自动手操作,增强对所学理论知识的感性认识,同时把所学理论知识运用到实践中解决实际问题,是学生加深对生化理论的理解,发展学生创造力、培养学生独立思考和独立工作能力的良好途径。实验室对学生全天开放,由学生自己独立完成实验,教师只做辅导。实验后,老师做全面 总结 ,把学生在实验过程中存在的问题、需要注意的事项等,作详细的答疑与讨论。通过定期开放实验室,巩固实验操作基本技能训练及相关知识介绍,不断培养学生动手能力、创新意识和创新能力,开放实验室已得到学生的认可和好评。
3 临床生物化学和生物化学检验教学改革效果评价
教学目标明确 在教学管理中,实行“主讲教师负责制”、“教案规范化”,加强教师的责任感。在教学模式上,实行开放式教学体系,使学生学习方式多维化。让学生慢慢树立了这样的认识:理论都是以实验为基础的,理论知识是对实验的总结和提炼。在理论与实验教学中,目标明确、重点突出,课堂教学效果大大提高。
有利于培养学生科研素质 创新能力是一个国家或民族发展的决定性推动力,因此培养学生的创新意识,激发创新热情和精神,发展创新能力是大学教学中的重要任务。创造力不仅是一种能力的培养,更重要的是一种精神、一种素质的培养[3]。强化和拓展专业技能,奠定学生科研工作的基础,注重学生科研能力的培养,十年来,在临床生物化学教研室老师的指导下,每个学生都撰写一篇 毕业 论文,其中70%左右的毕业论文在各级专业杂志上公开发表。开展学生科研工作是促进教师队伍素质提高的有效方法,教学相长,互相促进,与学生共同完成毕业论文的选题、开题、实施、总结、撰写过程,无疑对指导教师自身素质和能力提出了更高的要求,迫使教师加强学习,了解和掌握本学科的新进展及相关学科的知识,不断提高自已的带教能力和教学水平。
有利于提高教师的教学和科研水平 教师在完成理论多元化教学的同时,注重设计性实验课更加必要,教师必须精心备课,对各种方法都要了解,掌握涉及到的理论知识、临床知识、专业知识,要广泛查阅 文献 ,比较综合;还要求具备较强的实验动手能力,一定的实验 分析 问题、解决问题的能力。在提高教师综合教学能力的同时,还极大促进了教师科研意识和能力的提高。真正做到教学相长。
【 参考 文献】
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《 生物化学检验实验 报告 书写综述 》
【摘 要】书写实验报告是生物化学检验实验教学中的重要环节之一。就实验报告书写的重要性、存在的问题及提升实验报告书写质量的策略进行了综述,旨在引起教师、学生对实验报告书写的重视,更好地提升实验教学质量。
【关键词】实验教学;实验报告;质量
生物化学检验是医学检验专业的主干课程之一,具有较强的实践性,有一半的学时是在实验室完成的。为了让学生能够更好地适应临床,满足行业的用人需求,对学生进行临床实践的训练至关重要。训练的初期主要是在相关实验课中进行,以后在进入临床实习来加强。因此,在重视理论教学的同时,来加强实验教学环节是充分体现学科的特点、提高教学质量的关键,也为进入临床打下牢固的基础。而实验报告书写是实验教学过程中重要的环节之一,是实验效果的重要衡量依据,也能够综合反映学生分析问题、研究问题、解决问题和撰写科技论文的能力。但在实验教学中却发现,学生虽然能够及时上交实验报告,但撰写的质量并不高,存在着很多的问题。提升学生实验报告书写质量显得格外重要。许多学者经多年的教学经验,提出了学生书写实验报告的重要性、存在的问题及提升实验报告书写质量的策略,现归纳如下:
1 实验报告书写的重要性
实验报告的书写能够培养学生严谨的科学态度;促进了学生主管能动性的发挥;培养了学生的创新精神、团队意识和竞争精神;促进了学生的观察能力、综合分析能力、逻辑推理归纳能力、发现问题及解决问题的能力等综合能力的提高;有助于巩固学生的理论知识,加强理论联系实践;也加强了学生的文字表达能力和写作水平,为今后科研论文的撰写打下了坚定的基础。通过学生实验报告的反馈,有助于教师重新审视自己的能力水平,更好地完善教学方式,提高教学质量,同时对教学改革也起到很好的推动作用[1-2]。
2 学生书写实验报告存在的普遍问题
不重视实验前的预习,书写时不加思考,互相抄袭,实验报告内容雷同;态度不严谨,不是按照实际操作书写,而是照抄实验指导,使实验报告书写一直流于形式;大多数学生在综合能力方面存在不足,当实验结果出现异常时,就无从下手,不知原因出在哪里,不能客观全面地对实验现象或结果进行分析讨论;内容方面,书写不完整,往往缺少实验方法评价、分析讨论、结果应用、注意事项等重要内容[3-5]。
3 如何提升实验报告书写质量
如何改变这一现状,通过加强学生实验报告书写,促进实验教学提出以下几点建议:
提高认识
首先加强教师对实验报告的重视度,来提高学生对实验报告书写重要性的认识[6]。
加强实验课前的预习
重视学生对实验课的预习,教师应将实验课预习的重要性传递给学生,要求学生提前预习;明确预习提纲和预习内容,强调实验的重点和难点;要求学生通过预习知晓实验目的、实验原理、操作步骤、注意事项等内容,并做好预习报告;通过提问的方式检查学生是否预习或预习的效果[7-8]。
加强教师对学生实验报告的指导、批阅
教师应以饱满的工作热情和严谨的科学态度来指导学生书写实验报告,并指导书写什么内容,解决哪些问题,引导学生分析问题,提高学生解决问题的能力;要求学生认真完成报告中的每一项内容,并将分析结果写入实验报告;批阅学生的实验报告时,要善于发现报告书写中的闪光点,做到及时讲评、积极肯定,以此来提高学生写好实验报告的积极性[9-10]。
打破传统、推陈出新
实验报告的写作不应拘泥于一种形式,应在满足实验报告的学术性、科学性、理论性、规范性、创新性和探索性的基础上[11],勇于创新。
反思 式实验报告
传统实验报告的书写存在很多弊端,学生书写实验报告不思考、不归纳、不总结、存在千篇一律的抄书现象。王晓冰等人提出将反思 日记 融于实验报告,要求学生书写反思式实验报告的想法。实践证明,相比传统实验报告的书写,书写反思式实验报告虽存在一些问题,但这种书写方式更能促使学生对整个实验过程进行回顾,更好地做到理论与实际的结合,使学生的理论知识得以巩固,从而也提高了对操作技能的掌握水平,与此同时,也有助于加强教师和学生的互动,对教师的成长和实验教学的改进有很好地促进作用[12]。
论文式实验报告
姚青、李江滨等对论文式实验报告的书写在实验教学中的应用进行了探讨,指出此举使学生的科研理念得到培养;学生对实验指导的抄袭得以杜绝;教师的评分标准发生转变,使之学生不再单单注重实验结果正常与否,而是更注重对结果的分析是否合理, 学习态度 得以纠正;于此同时,论文式实验报告的书写有助于提高学生自主获取知识的能力,查阅文献的能力以及 创新思维 能力,从而提高了论文撰写能力,为今后毕业论文和科研论文的撰写奠定了良好的基础[13-14]。
利用现代科学技术来强化实验报告的书写
杜斌等对利用现代科学技术来强化实验报告的书写进行了探索,虽然此举也存在一些不足,但收获还是颇丰的。他们发现利用现代科学技术来书写实验报告更能促使教师对实验报告书写指导的重视;使学生的学习兴趣得到激发,学生的学习积极性和团队合作精神也被很好地调动起来, 人际交往 能力也有很大提高;学生的学习态度更加严谨、科学[15]。
总之,实验教学是高等医学教育的重要组成部分,尤其是对生物化学检验课程,而书写实验报告是实验教学过程中不可或缺的环节[16]。所有的生化检验任课教师和学生都应当重视实验报告的书写,勤思考、多总结、在前人的基础上勇于创新,为提高实验报告的书写质量不断努力。
【参考文献】
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1,序列比对(Sequence Alignment) 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.从生物学的初衷来看,这一问题包含了以下几个意义:从相互重叠的序列片断中重构DNA的完整序列.在各种试验条件下从探测数据(probe data)中决定物理和基因图存贮,遍历和比较数据库中的DNA序列比较两个或多个序列的相似性在数据库中搜索相关序列和子序列寻找核苷酸(nucleotides)的连续产生模式找出蛋白质和DNA序列中的信息成分序列比对考虑了DNA序列的生物学特性,如序列局部发生的插入,删除(前两种简称为indel)和替代,序列的目标函数获得序列之间突变集最小距离加权和或最大相似性和,对齐的方法包括全局对齐,局部对齐,代沟惩罚等.两个序列比对常采用动态规划算法,这种算法在序列长度较小时适用,然而对于海量基因序列(如人的DNA序列高达109bp),这一方法就不太适用,甚至采用算法复杂性为线性的也难以奏效.因此,启发式方法的引入势在必然,著名的BALST和FASTA算法及相应的改进方法均是从此前提出发的. 2, 蛋白质结构比对和预测 基本问题是比较两个或两个以上蛋白质分子空间结构的相似性或不相似性.蛋白质的结构与功能是密切相关的,一般认为,具有相似功能的蛋白质结构一般相似.蛋白质是由氨基酸组成的长链,长度从50到1000~3000AA(Amino Acids),蛋白质具有多种功能,如酶,物质的存贮和运输,信号传递,抗体等等.氨基酸的序列内在的决定了蛋白质的3维结构.一般认为,蛋白质有四级不同的结构.研究蛋白质结构和预测的理由是:医药上可以理解生物的功能,寻找dockingdrugs的目标,农业上获得更好的农作物的基因工程,工业上有利用酶的合成.直接对蛋白质结构进行比对的原因是由于蛋白质的3维结构比其一级结构在进化中更稳定的保留,同时也包含了较AA序列更多的信息.蛋白质3维结构研究的前提假设是内在的氨基酸序列与3维结构一一对应(不一定全真),物理上可用最小能量来解释.从观察和总结已知结构的蛋白质结构规律出发来预测未知蛋白质的结构.同源建模(homology modeling)和指认(Threading)方法属于这一范畴.同源建模用于寻找具有高度相似性的蛋白质结构(超过30%氨基酸相同),后者则用于比较进化族中不同的蛋白质结构.然而,蛋白结构预测研究现状还远远不能满足实际需要. 3, 基因识别,非编码区分析研究. 基因识别的基本问题是给定基因组序列后,正确识别基因的范围和在基因组序列中的精确位置.非编码区由内含子组成(introns),一般在形成蛋白质后被丢弃,但从实验中,如果去除非编码区,又不能完成基因的复制.显然,DNA序列作为一种遗传语言,既包含在编码区,又隐含在非编码序列中.分析非编码区DNA序列目前没有一般性的指导方法.在人类基因组中,并非所有的序列均被编码,即是某种蛋白质的模板,已完成编码部分仅占人类基因总序列的3~5%,显然,手工的搜索如此大的基因序列是难以想象的.侦测密码区的方法包括测量密码区密码子(codon)的频率,一阶和二阶马尔可夫链,ORF(Open Reading Frames),启动子(promoter)识别,HMM(Hidden Markov Model)和GENSCAN,Splice Alignment等等. 4, 分子进化和比较基因组学 分子进化是利用不同物种中同一基因序列的异同来研究生物的进化,构建进化树.既可以用DNA序列也可以用其编码的氨基酸序列来做,甚至于可通过相关蛋白质的结构比对来研究分子进化,其前提假定是相似种族在基因上具有相似性.通过比较可以在基因组层面上发现哪些是不同种族中共同的,哪些是不同的.早期研究方法常采用外在的因素,如大小,肤色,肢体的数量等等作为进化的依据.近年来较多模式生物基因组测序任务的完成,人们可从整个基因组的角度来研究分子进化.在匹配不同种族的基因时,一般须处理三种情况:Orthologous: 不同种族,相同功能的基因;Paralogous: 相同种族,不同功能的基因;Xenologs: 有机体间采用其他方式传递的基因,如被病毒注入的基因.这一领域常采用的方法是构造进化树,通过基于特征(即DNA序列或蛋白质中的氨基酸的碱基的特定位置)和基于距离(对齐的分数)的方法和一些传统的聚类方法(如UPGMA)来实现. 5, 序列重叠群(Contigs)装配 根据现行的测序技术,每次反应只能测出500 或更多一些碱基对的序列,如人类基因的测量就采用了短枪(shortgun)方法,这就要求把大量的较短的序列全体构成了重叠群(Contigs).逐步把它们拼接起来形成序列更长的重叠群,直至得到完整序列的过程称为重叠群装配.从算法层次来看,序列的重叠群是一个NP-完全问题. 6, 遗传密码的起源 通常对遗传密码的研究认为,密码子与氨基酸之间的关系是生物进化历史上一次偶然的事件而造成的,并被固定在现代生物的共同祖先里,一直延续至今.不同于这种"冻结"理论,有人曾分别提出过选择优化,化学和历史等三种学说来解释遗传密码.随着各种生物基因组测序任务的完成,为研究遗传密码的起源和检验上述理论的真伪提供了新的素材. 7, 基于结构的药物设计 人类基因工程的目的之一是要了解人体内约10万种蛋白质的结构,功能,相互作用以及与各种人类疾病之间的关系,寻求各种治疗和预防方法,包括药物治疗.基于生物大分子结构及小分子结构的药物设计是生物信息学中的极为重要的研究领域.为了抑制某些酶或蛋白质的活性,在已知其蛋白质3级结构的基础上,可以利用分子对齐算法,在计算机上设计抑制剂分子,作为候选药物.这一领域目的是发现新的基因药物,有着巨大的经济效益. 8.生物系统的建模和仿真 随着大规模实验技术的发展和数据累积,从全局和系统水平研究和分析生物学系统,揭示其发展规律已经成为后基因组时代的另外一个研究 热点-系统生物学。目前来看,其研究内容包括生物系统的模拟(Curr Opin Rheumatol,2007,463-70),系统稳定性分析(Nonlinear Dynamics Psychol Life Sci,2007,413-33),系统鲁棒性分析(Ernst Schering Res Found Workshop, 2007,69-88)等方面。以SBML(Bioinformatics,2007,1297-8)为代表的建模语言在迅速发展之中,以布尔网络 (PLoS Comput Biol,2007,e163)、微分方程(Mol Biol Cell,2004,3841-62)、随机过程(Neural Comput,2007,3262-92)、离散动态事件系统等(Bioinformatics,2007,336-43)方法在系统分析中已经得到应 用。很多模型的建立借鉴了电路和其它物理系统建模的方法,很多研究试图从信息流、熵和能量流等宏观分析思想来解决系统的复杂性问题(Anal Quant Cytol Histol,2007,296-308)。当然,建立生物系统的理论模型还需要很长时间的努力,现在实验观测数据虽然在海量增加,但是生物系统的模型辨 识所需要的数据远远超过了目前数据的产出能力。例如,对于时间序列的芯片数据,采样点的数量还不足以使用传统的时间序列建模方法,巨大的实验代价是目前系 统建模主要困难。系统描述和建模方法也需要开创性的发展。 9.生物信息学技术方法的研究 生物信息学不仅仅是生物学知识的简单整理和、数学、物理学、信息科学等学科知识的简单应用。海量数据和复杂的背景导致机器学习、统 计数据分析和系统描述等方法需要在生物信息学所面临的背景之中迅速发展。巨大的计算量、复杂的噪声模式、海量的时变数据给传统的统计分析带来了巨大的困难, 需要像非参数统计(BMC Bioinformatics,2007,339)、聚类分析(Qual Life Res,2007,1655-63)等更加灵活的数据分析技术。高维数据的分析需要偏最小二乘(partial least squares,PLS)等特征空间的压缩技术。在计算机算法的开发中,需要充分考虑算法的时间和空间复杂度,使用并行计算、网格计算等技术来拓展算法的 可实现性。 10, 生物图像 没有血缘关系的人,为什么长得那么像呢? 外貌是像点组成的,像点愈重合两人长得愈像,那两个没有血缘关系的人像点为什么重合? 有什么生物学基础?基因是不是相似?我不知道,希望专家解答。 11, 其他 如基因表达谱分析,代谢网络分析;基因芯片设计和蛋白质组学数据分析等,逐渐成为生物信息学中新兴的重要研究领域;在学科方面,由生物信息学衍生的学科包括结构基因组学,功能基因组学,比较基因组学,蛋白质学,药物基因组学,中药基因组学,肿瘤基因组学,分子流行病学和环境基因组学,成为系统生物学的重要研究方法.从现在的发展不难看出,基因工程已经进入了后基因组时代.我们也有应对与生物信息学密切相关的如机器学习,和数学中可能存在的误导有一个清楚的认识.
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