生物信息学

计算机科学在生物信息学中的应用

万卫兵　①施鹏飞

摘　要　生物信息学是一门新兴的交叉学科,计算机科学如何更快更好地发挥其在生物信息学中的作用是计算机研究和开发人员面临的一个重要的新课题。本文通过对生物信息学中计算机技术的介绍,使广大生物信息学家及计算机研究人员从中得到启示,借助日益发展的计算机技术更好推动生物信息学的发展。

关键词　②

1.计算机时代的生物学

生物信息学的范围很大程度上依赖于专家们在统计学和模式识别方面的工作。对于那些不能完全理解生物学数据的出处及其含义的人来说,律、数据库、用户界面以,,。在生物信息学中,现—序列比较、序列数据库搜索、序列分析——比仅仅设计和建立数据库要复杂得多。生物信息家或计算生物学家不仅仅是捕获、处理和呈现出数据,还包括从统计学、物理学、计算机科学和工程学等各种定量领域中获得灵感。

2.生物学问题涉及的研究内容[3]1)公共数据库和数据格式

生物信息学(Bioinformatics)是一门边缘学科,是分子生物学与计算机科学的交叉,它是一门运用计算机收集、储存、检索、分析、整理和帮助了解分子生物学,特别是分子遗传学以及蛋白质结构功能等信息的科学。生物信息学不仅仅是一门科学学科,它更是一种重要的研究开发工具。从科学的角度来讲,它是一门研究生物和生物相关系统中生物信息内涵和信息流向的综合系统科学。通过生物信息学的计算处理,从众多分散的生物学观测数据中,我们能获得对生命运行机制的详细和系统的理解。生物信息学也是未来生物(医药)研究开发所必需的工具,通过生物信息学对大量已有数据资料的分析处理所提供的理论指导和分析,我们可以选择正确的研究方向,同样,只有选择正确的生物信息学分析方法和手段,我们才能正确处理和评价新的观测数据并得到准确的结论。生物信息学就其萌生而言,是一门相当古老的学科,伴随着八、九十年代计算机技术的迅猛发展,它才同时得以获得自身的大发展。生物信息学的出现和发展是与人类基因组计划的启动与快速发展密不可分的。目前一般将生物信息学分为基因组生物信息学、结构生物信息学、功能生物信息学和进化生物信息学[1-2]。自从1987年出现Bioinformatics这一词汇以来,其内涵随着科研和现实需要的变化而几经更迭。当前,一般认为,生物信息学主要是一门研究生物学系统和生物学过程中的信息流的综合系统科学,通过它独特的桥梁作用和整合作用,能够从各生物学科中众多分散的观测资料中获得对生物学系统和生物学过程的运作机制的理解,最终达到自由应用于相关实践的目的。

学会使用在线搜索工具来查找信息。包括文献检索和搜索公共的分子生物学数据库。

2)序列比对和序列查找

对DNA或蛋白质序列进行成对比较并提取出部分的匹配,以序列为基础的在线查找。

3)基因预测

检测未定性的DNA序列中有意义的信号的方法,随着基因组计划正在全面开展,会有许多DNA序列的性质需要描述。用于预测开放阅读框、基因、外显子拼接位点、重复序列、

tRNA基因的软件可以帮助分子生物学家理解未标明的DNA。

4)多序列比对

将许多相关序列的成对序列比对结果装配到一个基因家族所有成员的序列同源性图谱中。也可用于定量分析来提取一个基因家族的信息。

5)系统发育的分析

试图描述一系列的进化关系。经典的系统进化树分类绘成图表可代表它们相对的进化多样性。远离树根的分支将单个的类别分开;靠近根部的分为界、门、纲、科属等。

6)从序列数据中提取模式及简图

基序是定义蛋白质亚结构的氨基酸序列,它们连接起来具有功能或者结构上的稳定性。在与进化相关的基因序列组中,基序以保守的位点出现。简图是对于基序信号的统计学描述。简图分析可以通过挑出甚至与同一家族中其他成员根本

二、生物信息学研究的内容及方法

①万卫兵　上海交通大学图像处理与模式识别研究所　在职博士生　　　上海　200030

②施鹏飞　上海交通大学图像处理与模式识别研究所　教授博士生导师　上海　200030