医学生物信息学人才培养的理论研究论文.doc

医学生物信息学人才培养的理论研究论文 摘要：医学生物信息学是应用计算生物学和生物信息学为研究基础和临床医学的一门学科是计算机科学、信息科学与医学的交叉学科虽然这门学科在我国已开设了一段时间但在实际应用中仍存在教育理论与实践脱节的情况文章从医学研究工作者和临床医师的角度分析了医学科学研究和临床医疗工作对医学生物信息学人才培养的需求提出从加强医学生生物信息学思维培养强化医学生物信息学专业人才实践和综合能力培训两个方面对医学生物信息学教育模式进行改进以期通过二者的配合和衔接使医学生物信息学真正成为有效连接基础研究与临床医疗的桥梁满足现代医学研究和医疗发展的需要 关键词：生物信息学；医学；教育；建议 生物信息学（）是一门发展迅速的生物学分支学科由生物学、计算机学、信息管理学、应用数学及统计学等多门学科相互交叉而形成本质是利用计算机技术解决生物学问题通过信息的处理和整合实现发现和创新它主要包括以下个方面的内容：生物数据的收集、整理、存储、检索、加工、分析和整合；生物系统和结构的建模；与生物科学相关的计算机技术的应用这个范围还在不断的扩增中医学生物信息学是指以医学研究和临床应用为中心开设的生物信息学本文讨论的内容主要围绕医学生物信息学展开近年来互联网、数据库和计算方法的发展为生物信息学的研究提供了更为广泛和灵活的方法；多种模式生物基因组测序的完成功能基因组、蛋白质组研究的开展各种高通量生物实验技术快速发展为生物信息学提供了更大研究空间的同时也对海量的生物学数据进行有效地挖掘和整合提出了严峻的挑战；而以基础研究与临床医疗结合为宗旨的转化医学的兴起对衔接二者之间的桥梁生物信息学提供了广阔的应用空间对生物信息学人才的热切需求以及上述机遇和挑战导致了生物信息学专业在全世界的蓬勃发展以美国为例在年之前全美只有所大学设置有计算生物学与生物信息学专业而到年则有所大学设置了计算生物学与生物信息学专业博士学位其中有所大学是在年年之间设置的这门专业这些大学通常以生物学、生物统计学、计算机科学或者生物医学信息学为依托设置这门专业不同大学对该专业学生的培养模式也有所不同在我国很多高等院校将生物信息学作为专业课程设立医学高等院校也逐步将其作为基础课程或选修课设立作为一门新生学科生物信息学在大部分院校尚处于探索阶段没有成熟完善的教育模式可以借鉴在这种情况下来自前期已毕业学生和用人单位的反馈意见对生物信息学教育模式的总结提高具有重要意义作为一名临床医师和医学研究人员笔者深刻体会到在实际工作中无论是自身合理应用生物信息学知识进行思考和设计还是找到能够迅速融入并满足实验室研究和临床工作需求的生物信息学专业人才都不是一件容易的事情因此本文作者就自己的一些切身体会结合文献和思考对我国医学生物信息学人才培养列举了一些意见和建议希望能够在生物信息学教学模式的完善中起到微薄的助力作用本文着重探讨信息技术在医学领域中的应用侧重于医院信息管理和信息系统建设方面的医学信息学（）不在本文讨论范围内理想的医学生物信息学人才培养目标应该是这三类人的集合：计算机专家掌握计算机算法、计算机语言、软件、数据库结构和相关知识框架以及硬件知识；生物信息学专家具有熟练应用计算机储存、处理、分析和整合相关生物信息的能力；基础研究或临床工作者具有查阅文献提出生物学或临床医学问题合理使用上述生物信息学来思考、设计和解决问题的能力并能收集和正确提供用于研究的初始数据结合我国实际情况想让临床医学专业学生或医学生物信息学专业学生同时完成以上个方面的培训显然不切实际理想的培训模式是通过对临床医学专业和医学生物信息学专业学生不同侧重的培训再通过二者的合理分工和配合来满足以上个方面的需求对医学院校学生尤其是医学研究生生物信息学培训的内容应侧重于对其计算思维能力和信息学应用能力的培养目的是使其能熟练地从生物信息学角度发现和提出生物学或临床医学方面的科学假设针对该假设设计合理的研究方案并为后续研究提供正确的初始数据；对以生物医学为中心的信息学专业人才培养内容应侧重于对其计算机技术和生物信息学在医学实践应用方面能力的培养目的是与前者配合指导并帮助其完成科学假设的设计对前者提供的初始数据进行管理、存储、检索、分析和整合以及完成更高要求的计算机技术方面的应用例如应用软件的设计生物系统和结构的建模等等 医学生的计算生物学与生物信息学思维培养 本部分特指医学专业学生的生物信息学教学部分医学院校开设的医学生物信息学专业教学将在下一部分中提及无论是医学基础研究还是以循证医学为代表的临床研究生命科学研究的一般过程都遵循发现问题资料查询预实验提出科学假设设计实验验证假说资料查询和结果分析科学理论总结的基本思路在这个过程中计算生物学与生物信息学不仅是进行资料查询和结果分析的重要工具更应是在提出科学假设和实验设计阶段就需要贯彻执行的理念和思维方式换言之具体的生物信息学与分子生物学实验一样都是验证生物医学假说的实验方法是将一个生命科学假设用计算和信息学思维方式表达和实现的过程在我国绝大部分医学基础研究和临床研究课题都是由医学院校毕业的临床工作者设计和申请的由于临床医师大都承担了繁重的临床工作申请者亲自完成课题的机会很少获批课题的具体实施及数据管理、存储、检索、分析和整合多由研究生或实验室工作人员负责因此结合我国的实际情况将生物信息学与具体课题耦合即将一个科学假设用计算和信息学表示并有效实施的思维和实践培训才是医学生生物信息学培训的中心内容由于我国临床医学教学采用长学制（年、年或年）教学对实践性和针对性都很强的生物信息学而言过早或过于笼统的培训都显得意义不大所以笔者认为针对医学生的生物信息学培训安排在研究生阶段是比较合适的教育中心是以医学研究需求为指导强调信息学思维培训和实践操作具体提出的建议有两点 一是根据学生专业背景调整理论教学内容医学院校学生的数理基础、计算机基础及统计学理论基础不能和工科院校的学生相比医学专业包括基础医学、临床医学、口腔、预防等专业涉及广泛各个专业背景的学生对这门课程的需求不尽相同因此在理论课程上要根据不同的专业背景和研究内容形成“个性化”的培养方案目的是让学生有选择有针对性地掌握相关生物信息学内容例如数据库的类型和选择常用软件的种类和应用等同时又不会对过于高深的生物信息学理论产生反感 二是结合研究生阶段的课题开展研究内容模拟和实践操作练习为了更好的配合研究生阶段的课题可将生物信息学开课时间调整到研究生阶段的第三学期即在学生进入课题研究阶段之后让学生在清楚面临的课题内容后有针对性地学习在完成课题过程中要使用到的知识、工具和解决问题的思路包括文献查阅、保存、编辑核酸序列查找和同源性比对及进化分析引物设计基因功能、结构预测调控元件及转录因子预测蛋白质基本理化性质分析跨膜区及信号肽预测二级结构和空间三维结构的预测等这样学生的学习兴趣和效率会大大提高为了解决上课时间与课题时间冲突的问题可以采用生物信息学授课老师加入导师组成员通过网上教学和答疑、夜间授课、集中授课与个别指导结合等多种方式灵活解决 以医学为中心的生物信息学专业人才培养 如果说对医学生进行生物信息学教育的目的是使其学会将一个生命科学假设用计算和信息学表示并正确提供初始数据那么以医学为中心的生物信息学专业人才培养的目的就是使其学会用计算机学和信息学处理并证实科学假设的过程具体的内容包括与实验室工作人员和临床医生配合从计算生物学与生物信息学角度指导并帮助其完成科学假设和课题内容设计；在课题实施阶段对后者提供的初始数据进行管理、存储、检索、分析和整合以及满足后者更高要求的计算机技术的需求例如应用软件的设计生物系统和结构的建模等等目前计算生物学与生物信息学专业研究生的培养模式主要有种： 以生物学为中心的多学科培养模式理论教育以生物学为中心在个学期内陆续完成生物学部分课程（相当于普通生物学系课程）的选修然后根据兴趣和实际情况选择一个相关实验室完成研究生课题这种培养模式被大多数综合大学采纳 以工程设计为中心的培养模式 以医学为中心的培养模式 指以医学研究和临床应用为中心设置计算生物学和生物信息学绝大多数由医学院校设置侧重生物信息学与临床医学的结合在进入课题阶段之前会有年临床相关概念和信息的培训主要开设的课程包括生物学、细胞生物学、分子生物学与基因组学、化学与物理学、计算机科学、数学和统计学等甚至包括部分医学课程后期实践阶段通常选择一个相关实验室完成研究生课题总的看来医学生物信息学基础课程设置与国际趋势相符也符合以医学为中心计算生物学与生物信息学的培训要求但从近年生物信息学专业研究生就业情况来看确实存在素质参差不齐学不能致用不能很快融入研究工作等问题笔者认为这种现象可以从三个方面加以改进： 以职业发展和学位教育为导向建立多层次、多形式的医学信息学教育和继续教育体系各医学院校可在统一专业培养目标和定位的基础上根据自身的学科基础和特色结合学生毕业后的工作领域和就业方向形成“个性化”的专业方向和培养方案 加强师资力量的建设形成以课程为中心的教学团队现有医学生物学教材内容宽泛、偏重理论对实践环节的指导较少需要授课老师有选择的挑选合适的内容并予以补充和完善这对授课教师的素质提出了更高要求要求其能根据实际情况因材施教有所取舍强化重点目前各院校教学团队和师资力量配备受限建议可以课程为中心培养、引进学术带头人从其他专业挑选骨干教师兼任等多种形式形成以课程为中心的教学团队 实践教学与综合能力的培养生物信息学是一门实践性非常强的学科要将“学有所长学以致用”作为人才培养的最终目的可以通过构建开放式实践教学平台建设实践教学基地等方式尽可能强化实践操作训练后期部分学生可以结合个人兴趣本着双向选择的原则将实践阶段训练固定到导师和实验室并安排其参与完成某一项课题的设计、实施和总结在整个过程中要特别注意培养学生的学习兴趣和自学