生物信息學在藥學專業(yè)設置的必要性,生物工程論文

生物信息學在藥學專業(yè)設置的必要性,生物工程論文隨著人們生活水平逐步提高，健康問題越來越遭到重視，早期的藥物由于存在很多缺陷已經(jīng)很難知足人們的需要，新藥物的研發(fā)已迫在眉睫。自從人類基因組計劃開展以來，基因的信息呈幾何級速度增長，通過各種基因信息挑選新藥已成為研究的重中之重。生物信息學是分子生物學、計算機信息科學及統(tǒng)計學等的穿插學科，是從事對基因組研究相關的生物信息的獲取、加工、儲存、分析和解釋，是當今科學學科領域中最具發(fā)展前景的學科之一[1,2].隨著生物信息學的廣泛應用，其在新藥設計研究中也嶄露頭角，并且發(fā)揮著越來越重要的作用。但是，當前只要少部分學校在藥學專業(yè)中設置了生物信息學課程，如清華大學、北京大學等，這些學校藥學專業(yè)學生的就業(yè)相比擬其他未設置生物信息學課程的學校要好很多。華而不實原因很多，但最重要的一點就是生物信息學已經(jīng)越來越多地融入醫(yī)藥的應用當中，尤其是分子生物學技術的快速發(fā)展及后基因組時代的到來，藥物資源的研究也面臨著海量數(shù)據(jù)的挑戰(zhàn)，將生物信息學的云計算手段運用到藥物資源研究中已經(jīng)是必然的趨勢。本文就生物信息學的重要性以及在藥學專業(yè)設置的必要性進行初步的討論，希望能為藥學專業(yè)學生課程設置及將來就業(yè)提供一定的幫助。1生物信息學生物信息學的起源于20世紀80年代末，隨著1991年美國、英國等國家開場施行的人類基因組計劃的啟動而誕生的一門包括分子生物學及計算信息學、統(tǒng)計學的穿插學科?；蚴巧锏幕具z傳單位，基因組學是對基因及基因組的研究，最早出現(xiàn)始于1986年，主要是指從基因組水平研究遺傳物質及相關信息的學科。當前，生物信息學的研究主要分為3個方向，主要有基因組學、蛋白質組學和藥物靶點挑選。2生物信息學在藥學專業(yè)設置的必要性當前，生物信息學在藥學中已經(jīng)開場應用，并且獲得一定成效，尤其在中藥材鑒別、藥物功能基因挑選、藥物設計中深受好評[3].2.1生物信息學在中藥材鑒別中的應用我們在中藥材的鑒定中一直沿用四種鑒別方式，即來歷鑒定、特色鑒定、理化鑒定、顯微鑒定。隨著后基因組的到來，生物信息學也被用于中藥材的鑒定當中。2.1.1生物芯片技術它們在中藥鑒定研究中都有所應用，如在對中藥貝母DNA序列分析的基礎上運用生物芯片技術鑒定中藥貝母獲得了良好的效果。川貝母由于鎮(zhèn)咳祛痰的效果顯著、副作用小、價格昂貴，所以偽品屢見不鮮。閱讀文獻發(fā)現(xiàn)已經(jīng)有人對四種主要貝母品種，如川貝母、浙貝母、皖貝母和湖北貝母進行了序列分析，研究結果發(fā)現(xiàn)，川貝母有一種特殊的5srRNA,通過這些序列制作探針，制成芯片，把將要檢測的樣品的DNA擴增后標記熒光，再與芯片上探針進行分子雜交，人工通過電腦熒光檢測即可準確分辨川貝母。2.1.2DNA條形碼在斷定中藥材時常用的數(shù)據(jù)庫是NCBI的Nucleotide數(shù)據(jù)庫、歐洲生物信息學研究所〔EBI〕的EMBL-DNA數(shù)據(jù)庫和日本DNA數(shù)據(jù)庫〔DDBJ〕,華而不實NCBI最為常用[4].使用ITS2條形碼鑒別方式方法具備通透性好、可重復性、易于推行和標準化等優(yōu)勢，它已經(jīng)成功地用于中藥材混淆品種玫瑰及月季的甄別[5,6].2.1.3系統(tǒng)發(fā)育樹隨著后基因組時代的到來，關于核酸序列的數(shù)據(jù)大量增長，系統(tǒng)發(fā)育樹的應用愈來愈廣泛。在中藥材鑒別中，能夠找到不同種群間的系統(tǒng)發(fā)育關系，可以以找到一樣種群的不同藥材的系統(tǒng)發(fā)育關系。因而，它對中藥材易混品種的鑒別極其有效，人們已經(jīng)開場進行這方面的研究。2.2生物信息學對藥物功能基因挑選的應用藥物功能基因的挑選有助于更進一步了解疾病的產生經(jīng)過和作用機制，以及為疾病的預防、治療和診斷奠定基礎。近些年，通過藥物功能基因的挑選來確定基因能否成為藥物的靶點或直接作為藥物應用逐年流行起來。2.2.1SAGE技術SAGE〔systemanalysisofgenesexpress,基因表示出系統(tǒng)分析技術〕能夠用于檢測DNA芯片不能檢測的基因，無需考慮檢查基因是已經(jīng)知道還是未知。能夠用來分析一個細胞或者一個微生物的轉錄組內容，可以以用于基因的定性和定量分析。SAGE技術在醫(yī)學、藥學、生物學方面都有廣泛的應用，但是在中藥功能基因的挑選方面的應用還比擬少。2.2.2EST技術通過EST〔expressedsequencetag,表示出序列標簽〕技術建立基因數(shù)據(jù)庫的中藥藥用植物的有人參、薄荷和甘草等。因而，利用EST技術建立中藥藥用植物基因數(shù)據(jù)庫對中藥藥用植物功能基因的挑選和利用創(chuàng)造了有利的條件[7].從以上闡述能夠看出，生物信息學對于將來的研究型醫(yī)學人才開展高水平研究介入國際競爭必不可少。無怪乎醫(yī)學界老前輩吳民院士早就指出：發(fā)展基因組學和生物信息學刻不容緩。2.3藥物設計近年來隨著分子生物學以及其他生物學的迅速發(fā)展，相當數(shù)目的蛋白質構造獲得準確的測定，通過生物大分子構造進行藥物靶點設計成為當前研究的重點。生物信息學的研究不僅預測蛋白質的空間構造，還可提供蛋白質等大分子的空間構造及相關信息，還能提供電子布局的信息〔如能量級別、外表電荷分布、分子軌道互相作用等〕以及動力學行為信息〔如生物化學反響中的能級變化、電荷變化、空間構造變化等〕.理論模擬還可研究包含蛋白質等大分子及其周圍環(huán)境的復雜體系和生物分子的量子效應，給精到準確高效的藥物設計提供保證。3生物信息學課程的設置北京大學從2000年開場招收生物信息學本科生，有關高等院校和研究機構的研究生培養(yǎng)也在日益加強，還有些單位在非專業(yè)學生中開設了生物信息學選修課，但更多學校對這一領域和學科的關注仍顯不夠[8].除了上述學生把生物信息學作為研究方向，大多數(shù)生物醫(yī)學工作者只是將生物信息學作為研究工具來使用，因而生物醫(yī)學高等院校的生物信息學教學也應嚴密圍繞應用來開展。這要求在課程的設置上充分考慮學生不同階段的學習需求，對本科和研究生階段的教學設置作出彈性布置，以選修課為宜，課時布置盡量緊湊，講求效率，上機實習占有一定的教學比重。內容上以各種核酸和蛋白序列數(shù)據(jù)庫資源及分析軟件的應用為主，以原理和算法為輔；在本科和研究生階段既有一定聯(lián)絡又不至于太多重復，便于學生根據(jù)自個的發(fā)展計劃和需求作出合理選擇。課程主要由生物學與生物信息學、DNA測序技術、生物序列的比對、motif搜索、蛋白質折疊方式方法、生物序列的重復形式、DNA編碼區(qū)檢測、基因進化、生物信息學平臺等構成，大約30-36學時。課程的組織施行需要量力而行。假如不具備單獨組建教研室的條件，可抽調計算機應用和生化、分子生物學專業(yè)的教師共同組建教學組，給以一定的經(jīng)費、設備和政策支持，使其能較好地開展生物信息學教學和實習工作。4瞻望生物信息學是一門以計算機技術及分子生物學知識為基礎的課程，藥學專業(yè)的學生剛一接觸肯定難以適應。在講授基本理論的同時，需要適當增加一些實例數(shù)據(jù)的處理，或者講授一些根據(jù)生物信息學而設計藥物的實例，以激發(fā)藥學專業(yè)學生學習的興趣。一旦藥學專業(yè)學生能夠學懂且能運用生物信息學的知識，對于他們將來就業(yè)以及我們國家新的醫(yī)藥產業(yè)的發(fā)展，都是宏大的幫助。以下為參考文獻：[1]BrentR,BruckJ.2020computing:cancomputershelptoexplainbiology[J].Nature,2006,440〔7083〕:416-417.[2]LeakAM.Introductiontobioinformation[M].NewYork:OxforkUniversityPress,2002:1-61.[3]譚銀玲，李曉輝。在藥學專業(yè)課程中設置生物信息學的重要性[J].醫(yī)學理淪與實踐，2002,15〔12〕:1483-1484.[4]EuropeanBioinformaticsInstitude.EMBLNucleotideSequenceDa-tabase[DB/OL].2018-12-14.[5]HebertPDN,CywinskaA,BallSL,etal.BiologicalidentificationsthroughDNAbarcodes[J].ProcRSocBiolSciSerB,2003,270:313-319.[6]SchindelDE,MillerSE.DNAbarcodingausefultoolfortaxono-mists[J].Nature,2005,435:17-26.