生物信息学在药学专业设置的必要性,生物工程论文

生物信息学在药学专业设置的必要性,生物工程论文随着人们生活水平逐步提高，健康问题越来越遭到重视，早期的药物由于存在很多缺陷已经很难知足人们的需要，新药物的研发已迫在眉睫。自从人类基因组计划开展以来，基因的信息呈几何级速度增长，通过各种基因信息挑选新药已成为研究的重中之重。生物信息学是分子生物学、计算机信息科学及统计学等的穿插学科，是从事对基因组研究相关的生物信息的获取、加工、储存、分析和解释，是当今科学学科领域中最具发展前景的学科之一[1,2].随着生物信息学的广泛应用，其在新药设计研究中也崭露头角，并且发挥着越来越重要的作用。但是，当前只要少部分学校在药学专业中设置了生物信息学课程，如清华大学、北京大学等，这些学校药学专业学生的就业相比拟其他未设置生物信息学课程的学校要好很多。华而不实原因很多，但最重要的一点就是生物信息学已经越来越多地融入医药的应用当中，尤其是分子生物学技术的快速发展及后基因组时代的到来，药物资源的研究也面临着海量数据的挑战，将生物信息学的云计算手段运用到药物资源研究中已经是必然的趋势。本文就生物信息学的重要性以及在药学专业设置的必要性进行初步的讨论，希望能为药学专业学生课程设置及将来就业提供一定的帮助。1生物信息学生物信息学的起源于20世纪80年代末，随着1991年美国、英国等国家开场施行的人类基因组计划的启动而诞生的一门包括分子生物学及计算信息学、统计学的穿插学科。基因是生物的基本遗传单位，基因组学是对基因及基因组的研究，最早出现始于1986年，主要是指从基因组水平研究遗传物质及相关信息的学科。当前，生物信息学的研究主要分为3个方向，主要有基因组学、蛋白质组学和药物靶点挑选。2生物信息学在药学专业设置的必要性当前，生物信息学在药学中已经开场应用，并且获得一定成效，尤其在中药材鉴别、药物功能基因挑选、药物设计中深受好评[3].2.1生物信息学在中药材鉴别中的应用我们在中药材的鉴定中一直沿用四种鉴别方式，即来历鉴定、特色鉴定、理化鉴定、显微鉴定。随着后基因组的到来，生物信息学也被用于中药材的鉴定当中。2.1.1生物芯片技术它们在中药鉴定研究中都有所应用，如在对中药贝母DNA序列分析的基础上运用生物芯片技术鉴定中药贝母获得了良好的效果。川贝母由于镇咳祛痰的效果显着、副作用小、价格昂贵，所以伪品屡见不鲜。阅读文献发现已经有人对四种主要贝母品种，如川贝母、浙贝母、皖贝母和湖北贝母进行了序列分析，研究结果发现，川贝母有一种特殊的5srRNA,通过这些序列制作探针，制成芯片，把将要检测的样品的DNA扩增后标记荧光，再与芯片上探针进行分子杂交，人工通过电脑荧光检测即可准确分辨川贝母。2.1.2DNA条形码在断定中药材时常用的数据库是NCBI的Nucleotide数据库、欧洲生物信息学研究所〔EBI〕的EMBL-DNA数据库和日本DNA数据库〔DDBJ〕,华而不实NCBI最为常用[4].使用ITS2条形码鉴别方式方法具备通透性好、可重复性、易于推行和标准化等优势，它已经成功地用于中药材混淆品种玫瑰及月季的甄别[5,6].2.1.3系统发育树随着后基因组时代的到来，关于核酸序列的数据大量增长，系统发育树的应用愈来愈广泛。在中药材鉴别中，能够找到不同种群间的系统发育关系，可以以找到一样种群的不同药材的系统发育关系。因而，它对中药材易混品种的鉴别极其有效，人们已经开场进行这方面的研究。2.2生物信息学对药物功能基因挑选的应用药物功能基因的挑选有助于更进一步了解疾病的产生经过和作用机制，以及为疾病的预防、治疗和诊断奠定基础。近些年，通过药物功能基因的挑选来确定基因能否成为药物的靶点或直接作为药物应用逐年流行起来。2.2.1SAGE技术SAGE〔systemanalysisofgenesexpress,基因表示出系统分析技术〕能够用于检测DNA芯片不能检测的基因，无需考虑检查基因是已经知道还是未知。能够用来分析一个细胞或者一个微生物的转录组内容，可以以用于基因的定性和定量分析。SAGE技术在医学、药学、生物学方面都有广泛的应用，但是在中药功能基因的挑选方面的应用还比拟少。2.2.2EST技术通过EST〔expressedsequencetag,表示出序列标签〕技术建立基因数据库的中药药用植物的有人参、薄荷和甘草等。因而，利用EST技术建立中药药用植物基因数据库对中药药用植物功能基因的挑选和利用创造了有利的条件[7].从以上阐述能够看出，生物信息学对于将来的研究型医学人才开展高水平研究介入国际竞争必不可少。无怪乎医学界老前辈吴民院士早就指出：发展基因组学和生物信息学刻不容缓。2.3药物设计近年来随着分子生物学以及其他生物学的迅速发展，相当数目的蛋白质构造获得准确的测定，通过生物大分子构造进行药物靶点设计成为当前研究的重点。生物信息学的研究不仅预测蛋白质的空间构造，还可提供蛋白质等大分子的空间构造及相关信息，还能提供电子布局的信息〔如能量级别、外表电荷分布、分子轨道互相作用等〕以及动力学行为信息〔如生物化学反响中的能级变化、电荷变化、空间构造变化等〕.理论模拟还可研究包含蛋白质等大分子及其周围环境的复杂体系和生物分子的量子效应，给精到准确高效的药物设计提供保证。3生物信息学课程的设置北京大学从2000年开场招收生物信息学本科生，有关高等院校和研究机构的研究生培养也在日益加强，还有些单位在非专业学生中开设了生物信息学选修课，但更多学校对这一领域和学科的关注仍显不够[8].除了上述学生把生物信息学作为研究方向，大多数生物医学工作者只是将生物信息学作为研究工具来使用，因而生物医学高等院校的生物信息学教学也应严密围绕应用来开展。这要求在课程的设置上充分考虑学生不同阶段的学习需求，对本科和研究生阶段的教学设置作出弹性布置，以选修课为宜，课时布置尽量紧凑，讲求效率，上机实习占有一定的教学比重。内容上以各种核酸和蛋白序列数据库资源及分析软件的应用为主，以原理和算法为辅；在本科和研究生阶段既有一定联络又不至于太多重复，便于学生根据自个的发展计划和需求作出合理选择。课程主要由生物学与生物信息学、DNA测序技术、生物序列的比对、motif搜索、蛋白质折叠方式方法、生物序列的重复形式、DNA编码区检测、基因进化、生物信息学平台等构成，大约30-36学时。课程的组织施行需要量力而行。假如不具备单独组建教研室的条件，可抽调计算机应用和生化、分子生物学专业的教师共同组建教学组，给以一定的经费、设备和政策支持，使其能较好地开展生物信息学教学和实习工作。4瞻望生物信息学是一门以计算机技术及分子生物学知识为基础的课程，药学专业的学生刚一接触肯定难以适应。在讲授基本理论的同时，需要适当增加一些实例数据的处理，或者讲授一些根据生物信息学而设计药物的实例，以激发药学专业学生学习的兴趣。一旦药学专业学生能够学懂且能运用生物信息学的知识，对于他们将来就业以及我们国家新的医药产业的发展，都是宏大的帮助。以下为参考文献：[1]BrentR,BruckJ.2020computing:cancomputershelptoexplainbiology[J].Nature,2006,440〔7083〕:416-417.[2]LeakAM.Introductiontobioinformation[M].NewYork:OxforkUniversityPress,2002:1-61.[3]谭银玲，李晓辉。在药学专业课程中设置生物信息学的重要性[J].医学理沦与实践，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.