生物信息學(xué)現(xiàn)狀與展望

《生物信息學(xué)現(xiàn)狀與展望》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、研究生課程考試卷學(xué)號、姓名：j20112001苗天錦年級、專業(yè)：2011生物化學(xué)與分子生物學(xué)培養(yǎng)層次：碩士課程名稱：生物信息學(xué)授課學(xué)時學(xué)分：32學(xué)時2學(xué)分考試成績：授課或主講教師簽字：4生物信息學(xué)現(xiàn)狀與展望摘要：生物信息學(xué)是一門新興學(xué)科，起步于20世紀(jì)90年代，至今已進(jìn)入"后基因組時代"，本文對生物信息學(xué)的產(chǎn)生背景及其研究現(xiàn)狀等方面進(jìn)行了綜述，并展望生物信息學(xué)的發(fā)展前景。生物信息學(xué)的發(fā)展在國內(nèi)、外基本上都處在起步階段。關(guān)鍵詞：生物信息學(xué)；生物信息學(xué)背景；發(fā)展前景一、生物信息學(xué)概述1.生物信息學(xué)發(fā)展歷史隨著生物科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，生物信息數(shù)據(jù)資源的增長呈現(xiàn)爆炸之勢，同時計算機(jī)運算能力的提

2、高和國際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展使得對大規(guī)模數(shù)據(jù)的貯存、處理和傳輸成為可能，為了快捷方便地對已知生物學(xué)信息進(jìn)行科學(xué)的組織、有效的管理和進(jìn)一步分析利用，一門由生命科學(xué)和信息科學(xué)等多學(xué)科相結(jié)合特別是由分子生物學(xué)與計算機(jī)信息處理技術(shù)緊密結(jié)合而形成的交叉學(xué)科——生物信息學(xué)(Bioinformatics)應(yīng)運而生,并大大推動了相關(guān)研究的開展,被譽為“解讀生命天書的慧眼”【1】。研究生物細(xì)胞的生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能很早就已經(jīng)開始，1866年孟德爾從實驗上提出了假設(shè)：基因是以生物成分存在。1944年Chargaff發(fā)現(xiàn)了著名的Chargaff規(guī)律，即DNA中鳥嘌呤的量與胞嘧定的量總是相等，腺嘌呤與胸腺嘧啶的量

3、相等。與此同時，Wilkins與Franklin用X射線衍射技術(shù)測定了DNA纖維的結(jié)構(gòu)。1953年JamesWatson和FrancisCrick在Nature雜志上推測出DNA的三維結(jié)構(gòu)（雙螺旋）。Kornberg于1956年從大腸桿菌（E.coli）中分離出DNA聚合酶I（DNApolymeraseI），能使4種dNTP連接成DNA。Meselson與Stahl（1958）用實驗方法證明了DNA復(fù)制是一種半保留復(fù)制。Crick于1954年提出了遺傳信息傳遞的規(guī)律，DNA是合成RNA的模板，RNA又是合成蛋白質(zhì)的模板，稱之為中心法則（Centraldogma），這一中心法則對以后分子

4、生物學(xué)和生物信息學(xué)的發(fā)展都起到了極其重要的指導(dǎo)作用。經(jīng)過Nirenberg和Matthai（1963）的努力研究，編碼20氨基酸的遺傳密碼得到了破譯。限制性內(nèi)切酶的發(fā)現(xiàn)和重組DNA的克?。╟lone）奠定了基因工程的技術(shù)基礎(chǔ)【2】。自1990年美國啟動人類基因組計劃以來，人與模式生物基因組的測序工作進(jìn)展極為迅速。迄今已完成了約40多種生物的全基因組測序工作，人基因組約3x109堿基對的測序工作也接近完成。至2000年6月26日，被譽為生命“阿波羅計劃”的人類基因組計劃終于完成了工作草圖，預(yù)示著完成人類基因組計劃已經(jīng)指日可待。生物信息學(xué)已成為整個生命科學(xué)發(fā)展的重要組成部分，成為生命科學(xué)研

5、究的前沿。2.生物信息學(xué)研究方向42.1序列比對序列比對是指為確定兩個或多個序列之間的相似性以至于同源性，而將它們按照一定的規(guī)律排列。序列比對是生物信息學(xué)的重要研究方向。生物信息學(xué)的研究重點主要體現(xiàn)在基因組學(xué)和蛋白質(zhì)學(xué)兩方面,具體地說就是從核酸和蛋白質(zhì)序列出發(fā),分析序列中表達(dá)結(jié)構(gòu)和功能的生物信息。生物信息學(xué)的基本任務(wù)是對各種生物分析序列進(jìn)行分析,也就是研究新的計算機(jī)方法,從大量的序列信息中獲取基因結(jié)構(gòu)、功能和進(jìn)化等知識。而在序列分析中,將未知序列同已知序列進(jìn)行相似性比較是一種強有力的研究手段,從序列的片段測定,拼接,基因的表達(dá)分析,到RNA和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)功能預(yù)測。物種親緣樹的構(gòu)建都需要

6、進(jìn)行生物分子序列的相似性比較。生物信息學(xué)中的序列比對算法的研究具有非常重要的理論意義和實踐意義?！?】2.2分子進(jìn)化和比較基因組學(xué)生物進(jìn)化過程中生物大分子的演變，包括前生命物質(zhì)的演變；蛋白質(zhì)分子和核酸分子的演變以及細(xì)胞器和遺傳機(jī)構(gòu)（例如遺傳密碼）的演變。分子進(jìn)化的研究可以為生物進(jìn)化過程提供佐證，為深入研究進(jìn)化機(jī)制提供重要依據(jù)。近年來較多模式生物基因組測序任務(wù)的完成，人們可從整個基因組的角度來研究分子進(jìn)化。在匹配不同種族的基因時，一般須處理三種情況：Orthologous：不同種族，相同功能的基因；Paralogous：相同種族，不同功能的基因；Xenologs：有機(jī)體間采用其他方式傳遞

7、的基因，如被病毒注入的基因。這一領(lǐng)域常采用的方法是構(gòu)造進(jìn)化樹，通過基于特征（即DNA序列或蛋白質(zhì)中的氨基酸的堿基的特定位置）和基于距離（對齊的分?jǐn)?shù)）的方法和一些傳統(tǒng)的聚類方法（如UPGMA）來實現(xiàn)【4】。2.3蛋白質(zhì)信息學(xué)目前對蛋白質(zhì)組研究的技術(shù)手段很多,常用的主要有雙向凝膠電泳和測序質(zhì)譜技術(shù)等。與它們相比,生物信息學(xué)在蛋白質(zhì)組學(xué)的研究中將起著特殊的重要作用。因為蛋白質(zhì)組研究提供的數(shù)據(jù)的數(shù)量之大在生物學(xué)上是史無前例的。當(dāng)前生物信息學(xué)已經(jīng)不僅是高