生物信息學(xué)的前景精選(九篇)

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第1篇：生物信息學(xué)的前景范文

【關(guān)鍵詞】整體分析；思維判斷；代表性

通常在醫(yī)學(xué)臨床上由于患有低鎂血癥而使患兒出現(xiàn)驚厥癥狀的并不常見，極其罕見，所以很容易引起誤診，對(duì)于這個(gè)情況，在我院新生兒科室誤診的驚厥案例8例，分析如下：

1 臨床資料

誤診為是低鈣驚厥的有3例，低血糖2例，病腦1例，腸炎合并低鈉血癥1例，癲癇1例。一般資料8例中男嬰5例，女嬰3例，年齡最小的3天，最大的28天，其中多見于15天左右的新生兒。誤診一般為1-24小時(shí)，平均6小時(shí)。

1.1 臨床表現(xiàn) 在8例臨床表現(xiàn)中，發(fā)熱2例，嘔吐2例，納差1例，夜間多汗、體檢可見枕禿1例，腹瀉1例，中度脫水1例。在8例驚厥的中，每天驚厥都在5到10次左右的就有5例，1到5次的也有3例，驚厥的時(shí)間程度不同。其中六例的就維持在10秒左右，3分鐘左右的案例有2例；驚厥的表現(xiàn)方式也不一樣，如雙眼凝視4例，眼球震顫2例，全身抽搐1例，陣發(fā)性屏氣發(fā)作1例。

1.2 實(shí)驗(yàn)室檢查 新生兒低鎂血癥的案例在治療效果不明顯的時(shí)候，實(shí)驗(yàn)室里檢查血清鎂仍少于0.36mg/ml.

1.3 新生兒如被確定為是低鎂血癥引起的驚厥原因時(shí)，患兒要及時(shí)用鎂鹽治療，可注射靜脈濃度為3mL/kg+5%的葡萄糖液或注射濃度為25%到肌肉的硫酸鎂，一天2次；患兒癥狀緩解后則用口服10%硫酸鎂，一天3次，新生兒用藥后病情基本上能處于穩(wěn)定狀態(tài)。

2 討論

2.1 眾所周知人體有很多重要的元素，而鎂則是對(duì)人體最重要的功能之一，它在身體內(nèi)的含量排在鈉、鉀、鈣之后，占第四位。而在細(xì)胞中，重要性則排在鉀之后，僅次于第二位。在人體內(nèi)，大約有325種酶的活化過程中需要通過鎂的作用。特別是與ATP代謝有關(guān)的酶。因?yàn)槿梭w內(nèi)有很多生物在過程中都需要ATP協(xié)助，所以鎂就占據(jù)人體中非常重要的因素。

2.2誤診原因分析

2.2.1 對(duì)低鎂血癥的認(rèn)識(shí)不夠深入 到至今為止，很多醫(yī)學(xué)書籍和兒科專業(yè)書籍都沒有把低鎂血癥放入專提結(jié)構(gòu)進(jìn)行講解傳授，而且很多臨床報(bào)道也對(duì)低鎂血癥普遍偏少，導(dǎo)致對(duì)這方面沒有經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)生對(duì)病的了解不夠，深入不夠，所以誤診為其他病癥的可能性更高。

2.2.2 整體缺乏分析，思維考慮主觀 醫(yī)生在給患兒診斷時(shí)的思維和方法普遍存在偏離和限制，常把常見病和多發(fā)病視為重要因素，忽略了未知的病。在給患兒就診中，對(duì)患兒的病因不夠了解的細(xì)致，單依靠較少病癥的癥狀以及患兒出現(xiàn)的身體特征來做出的判斷而導(dǎo)致的對(duì)低鎂血病癥的誤診，可以看出對(duì)專業(yè)臨床上的表現(xiàn)缺乏整體綜合分析。

2.2.3 臨床表現(xiàn)無代表性 低鎂血病癥在臨床上沒有特別意義上的表現(xiàn)，與新生兒其他疾病極為相似，因?yàn)榈玩V血病癥一般都是在其他病發(fā)前或者之后才出現(xiàn)的，所以誤診的可能性更高，對(duì)病的準(zhǔn)確性越低。譬如因?yàn)殚L時(shí)間口服鈣劑從而影響了鎂的吸收的大部分佝僂患兒，然而發(fā)生了低鎂驚厥的癥狀，所以很多就診的醫(yī)生誤以為是佝僂病導(dǎo)致的低鈣驚厥癥狀。

2.2.4 對(duì)臨床習(xí)慣的誤導(dǎo)導(dǎo)致思維的判斷 當(dāng)患兒就診時(shí)，醫(yī)生通常會(huì)把兩種同時(shí)存在的疾病合并為一種疾病而沒有考慮到另一種已經(jīng)發(fā)生的病癥放在內(nèi)。在本文中，有3例是驚厥患兒查出血鈣低于正常的范圍而被誤診為低鈣驚厥病癥；1例為驚厥的新生兒被查出血糖偏低而被誤診為低血糖驚厥癥狀；1例為腹瀉的新生兒查出血納則少于正常范圍被誤診為腸炎合并低鈉血癥，對(duì)患兒分別使用了補(bǔ)鈣、補(bǔ)糖、補(bǔ)鈉等藥物，但仍不見患兒有所轉(zhuǎn)機(jī)，查出含鎂低于0·6 mmol/L的患兒，后用給患兒添加了鎂的劑量后則驚厥慢慢停止，后見好轉(zhuǎn)。還有1例則是嬰兒痙攣癥的患兒通過口服糖皮質(zhì)激素和其他抗癲癇的藥物，癲癇的病癥將近4個(gè)月沒有再次發(fā)生，這次發(fā)生驚厥的時(shí)候醫(yī)生查看腦電波圖，發(fā)現(xiàn)圖中有癲癇波形，錯(cuò)誤的認(rèn)為是新生兒是再一次發(fā)作的痙攣癥，然而在治療的效果都不明顯的情況后查出原來是血鎂太低，患兒則低于0·6 mmol/L，在發(fā)現(xiàn)少鎂后，及時(shí)補(bǔ)救的情況下驚厥才停止沒有再次發(fā)作。

2.2.5 缺乏對(duì)病情的分析和臨床觀察 當(dāng)患兒在剛住進(jìn)醫(yī)院時(shí)，往往先是診斷出患有某種病癥，但隨著對(duì)該病的進(jìn)一步治療可能會(huì)引起另一種疾病的出現(xiàn)，但其經(jīng)常會(huì)被醫(yī)生忽略掉，之前提到的患有遷延性腹瀉的2例患兒，起初在入院時(shí)做了檢查，發(fā)現(xiàn)其鈣、鈉檢測(cè)都比正常值低，血鎂的檢測(cè)屬于正常，所以在對(duì)其的治療過程中會(huì)補(bǔ)充鈣鹽和鈉，但是隨后患兒出現(xiàn)了全身抽搐的現(xiàn)象，此時(shí)醫(yī)生往往會(huì)忽略其真正的病因而是主觀上斷定患兒抽搐是由于補(bǔ)充的鈣、鈉不足，而沒有想到是由于低鎂血癥而引起的。因?yàn)榈玩V血癥很多情況是出現(xiàn)在鈣、鉀、鈉偏低癥狀治愈之后的，所以病人在初期的血鎂可能是正常的，但當(dāng)治療時(shí)間一長，或是患兒出項(xiàng)脫水癥狀后就該注意患兒的血鎂情況是否還在正常值范圍，所以在對(duì)于某些病癥的治療中要注意讓其補(bǔ)充鎂劑。

3 小結(jié)

3.1 醫(yī)院在對(duì)疑似患有低鎂血癥的患兒做檢查時(shí)要特別謹(jǐn)慎、仔細(xì)，因?yàn)榛加械兔秆Y致驚厥的病患在臨床上的并沒有十分顯著的病癥，所以除了細(xì)致的檢查外還要仔細(xì)詢問病人的病史，及時(shí)檢查患兒的血液鎂含量，以便更準(zhǔn)確的判斷病人的病情。如果遇到有些醫(yī)院的檢查設(shè)備有限，只是懷疑患病卻不能明確診斷時(shí)，可以對(duì)患兒進(jìn)行適當(dāng)?shù)逆V鹽補(bǔ)充，如果患兒之后有所好轉(zhuǎn)或是得到基本控制，也可以考慮其可能患低鎂血癥。

3.2 在對(duì)鎂劑的增加問題上，輕度的患兒可選擇進(jìn)行深部的肌肉注射，而對(duì)于那些重度的患兒可以在靜脈注射鎂鹽，要求必須要謹(jǐn)慎、緩慢，特別是對(duì)于那些患有腎功能障礙的患兒來說，要注意防止高鎂血癥的患病可能，由于高鎂血癥極易導(dǎo)致患兒的血壓降低，阻礙房室的傳導(dǎo)，嚴(yán)重的甚至?xí)鹦呐K驟停，所以要特別謹(jǐn)慎注意。

參考文獻(xiàn)

第2篇：生物信息學(xué)的前景范文

【關(guān)鍵詞】生物信息學(xué)；醫(yī)藥基因；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：R9

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-0278（2015）02-119-01

當(dāng)前，生物信息學(xué)是自然科學(xué)以及生命科學(xué)等前沿領(lǐng)域，集合了多種學(xué)科，是21世紀(jì)研究自然科學(xué)的核心和基礎(chǔ)。

一、藥物設(shè)計(jì)與發(fā)展

（一）傳統(tǒng)藥物研發(fā)

藥物研究和開發(fā)的傳統(tǒng)方法就是從動(dòng)物器官、組織或者細(xì)胞中篩選出符合要求的藥理模型，或者從植物、動(dòng)物以及天然礦物質(zhì)入手，又或者在確定候選藥物的過程中以化學(xué)合成為基本形式，并進(jìn)一步優(yōu)化先導(dǎo)物，一切工作準(zhǔn)備就緒以后即可將候選藥物推入臨床使用，觀測(cè)其使用效果，合格以后投入市場(chǎng)。這種方法簡(jiǎn)單有效，但是費(fèi)用和時(shí)間都相對(duì)花費(fèi)較多。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在未誕生生物信息學(xué)以前新藥的研究開發(fā)需要?dú)v經(jīng)十年時(shí)間，其所花費(fèi)的費(fèi)用總額約為5-10億美元；此外，傳統(tǒng)的新藥研究方法存在一定的缺陷和不足，篩選合成物的過程較為繁瑣，新藥開發(fā)效率極低。

（二）計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)

白上世界70年代開始，美國麻省理工學(xué)院霍恩貝爾教授率先提出了分子設(shè)計(jì)，白此之后，藥物分子設(shè)計(jì)逐漸被應(yīng)用到新藥研究中；而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步普及和推廣，藥物分子設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)就是計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)方法，即CADD。計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)的一般原理就是：第一步，在X單晶衍射等技術(shù)的支撐下獲取完整的大分子結(jié)構(gòu)，并在相關(guān)軟件的支持下分析具體的化學(xué)性質(zhì)；第二步，充分發(fā)揮全新藥物分子設(shè)計(jì)技術(shù)以及數(shù)據(jù)庫搜尋的優(yōu)勢(shì)，尋找理化性質(zhì)與分子形狀與受體作用位點(diǎn)相一致的分子，測(cè)試并合成分子生物活性，在循環(huán)幾次以后，就能順利得到新的先導(dǎo)化合物。當(dāng)前，主要有二種計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)方法：其一，藥效基團(tuán)模型方法、定量構(gòu)效方法等基于小分子的藥物分子設(shè)計(jì)方法；其二，計(jì)算組合方法；其二，分子對(duì)接法等基于受體結(jié)構(gòu)的藥物分子設(shè)計(jì)方法。

二、生物信息學(xué)在藥物設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1.生物信息學(xué)的研究領(lǐng)域較廣，涉及的內(nèi)容較多，主要包括非編碼區(qū)功能研究、蛋白質(zhì)譜技術(shù)和蛋白質(zhì)組研究、基于完整基因組數(shù)據(jù)的生物進(jìn)化研究、生物大分子結(jié)構(gòu)模擬和藥物設(shè)計(jì)、基因表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的研究、大規(guī)?；蚪M測(cè)序中的信息分析、生物信息的收集、存儲(chǔ)、管理與提供以及啟動(dòng)子、外顯子、內(nèi)含子的識(shí)別等。近年來，新的高效實(shí)驗(yàn)技術(shù)不斷發(fā)展，這就要求生物信息學(xué)不斷擴(kuò)展研究領(lǐng)域。生物信息學(xué)的出現(xiàn)和推廣，為藥物設(shè)計(jì)和開發(fā)提供了新的路徑和方法，推動(dòng)著藥物設(shè)計(jì)向理性化和專業(yè)化的方向發(fā)展，這大大減少了新藥的研究費(fèi)用和開發(fā)時(shí)間。蛋白質(zhì)序列和核酸序列的功能和結(jié)構(gòu)信息是生物信息學(xué)的主要研究對(duì)象，這為藥物設(shè)計(jì)提供了堅(jiān)實(shí)的理論支撐，大大縮短了藥物開發(fā)使用的時(shí)間。當(dāng)前，大量的生物大分子二維結(jié)構(gòu)已經(jīng)被成功測(cè)定，依據(jù)大分子和藥物分子相互作用的原理，可以在研究受體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上科學(xué)設(shè)計(jì)藥物分子。所以，藥物設(shè)計(jì)的一種重要手段就是充分發(fā)揮生物信息學(xué)的優(yōu)勢(shì)，尋找出合適的先導(dǎo)化合物。全新藥物分子設(shè)計(jì)、分子對(duì)接以及二維結(jié)構(gòu)搜索是目前較為普遍的幾種方法。

2.物信息學(xué)的發(fā)展切實(shí)改變了藥物研究和開發(fā)的模式。傳統(tǒng)的藥物研發(fā)模式就是篩選并選擇出合適的藥理模型先導(dǎo)物，并將先導(dǎo)物進(jìn)行優(yōu)化，評(píng)價(jià)合格以后投入市場(chǎng)使用。在基因組計(jì)劃大力實(shí)施的今天，DNA自動(dòng)測(cè)序大規(guī)模完成，序列數(shù)據(jù)急劇增加，生物信息學(xué)在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工、整理的過程中會(huì)發(fā)現(xiàn)藥物的新靶點(diǎn)，然后對(duì)其進(jìn)行計(jì)算和建模，確保藥物設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行，這在一定意義上開創(chuàng)了藥物研究和開發(fā)的新模式，有利于增強(qiáng)新藥研發(fā)的有效性和針對(duì)性，大大縮減了藥物設(shè)計(jì)和研發(fā)的時(shí)間，節(jié)省了人力、物力、財(cái)力投入。

3.生物信息學(xué)參與新藥推向市場(chǎng)。在研制新藥并臨床適用通過以后，就要將其推廣到市場(chǎng)，這時(shí)，首要的就是收集和整理該藥所治療的疾病患者的地區(qū)分布、市場(chǎng)需求以及年齡結(jié)構(gòu)等情況，從而制定出市場(chǎng)價(jià)格、專利申請(qǐng)保護(hù)等切實(shí)可行的市場(chǎng)開發(fā)戰(zhàn)略，為新藥注入持續(xù)不斷的發(fā)展活力。但是這些信息較為分散，收集難度較大，這時(shí)就要充分發(fā)揮生物信息學(xué)的優(yōu)勢(shì)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中的信息進(jìn)行分析和整理，減少開發(fā)過程中的盲目性，大大提升新藥的開發(fā)效率，減少物力、財(cái)力等資源消耗。

三、結(jié)語

當(dāng)前，生物信息學(xué)逐漸成為現(xiàn)代藥物開發(fā)和研究的重要工具，而且藥物設(shè)計(jì)與生物信息學(xué)有著更加緊密的聯(lián)系；與此同時(shí)，藥物設(shè)計(jì)的不斷發(fā)展也要求生物信息學(xué)進(jìn)一步拓寬研究領(lǐng)域和范圍，生物信息學(xué)的發(fā)展會(huì)在一定程度上推動(dòng)藥物設(shè)計(jì)的發(fā)展和進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)：

[1]張建華，張士金生物信息學(xué)能否推動(dòng)現(xiàn)代中醫(yī)藥研究的發(fā)展[J]醫(yī)學(xué)爭(zhēng)鳴，2012（5）.

第3篇：生物信息學(xué)的前景范文

[論文摘要]生物信息學(xué)是80年代以來新興的一門邊緣學(xué)科，信息在其中具有廣闊的前景。伴隨著人類基因組計(jì)劃的勝利完成與生物信息學(xué)的發(fā)展有著密不可分的聯(lián)系，生物信息學(xué)的發(fā)展為生命科學(xué)的發(fā)展為生命科學(xué)的研究帶來了諸多的便利，對(duì)此作了簡(jiǎn)單的分析。

一、生物信息學(xué)的產(chǎn)生

21世紀(jì)是生命科學(xué)的世紀(jì)，伴隨著人類基因組計(jì)劃的勝利完成，與此同時(shí)，諸如大腸桿菌、結(jié)核桿菌、啤酒酵母、線蟲、果蠅、小鼠、擬南芥、水稻、玉米等等其它一些模式生物的基因組計(jì)劃也都相繼完成或正在順利進(jìn)行。人類基因組以及其它模式生物基因組計(jì)劃的全面實(shí)施，使分子生物數(shù)據(jù)以爆炸性速度增長。在計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域，按照摩爾定律飛速前進(jìn)的計(jì)算機(jī)硬件，以及逐步受到各國政府重視的信息高速公路計(jì)劃的實(shí)施，為生物信息資源的研究和應(yīng)用帶來了福音。及時(shí)、充分、有效地利用網(wǎng)絡(luò)上不斷增長的生物信息數(shù)據(jù)庫資源，已經(jīng)成為生命科學(xué)和生物技術(shù)研究開發(fā)的必要手段，從而誕生了生物信息學(xué)。

二、生物信息學(xué)研究?jī)?nèi)容

（一）序列比對(duì)

比較兩個(gè)或兩個(gè)以上符號(hào)序列的相似性或不相似性。序列比對(duì)是生物信息學(xué)的基礎(chǔ)。兩個(gè)序列的比對(duì)現(xiàn)在已有較成熟的動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法，以及在此基礎(chǔ)上編寫的比對(duì)軟件包BALST和FASTA，可以免費(fèi)下載使用。這些軟件在數(shù)據(jù)庫查詢和搜索中有重要的應(yīng)用。有時(shí)兩個(gè)序列總體并不很相似，但某些局部片斷相似性很高。Smith-Waterman算法是解決局部比對(duì)的好算法，缺點(diǎn)是速度較慢。兩個(gè)以上序列的多重序列比對(duì)目前還缺乏快速而又十分有效的算法。

（二）結(jié)構(gòu)比對(duì)

比較兩個(gè)或兩個(gè)以上蛋白質(zhì)分子空間結(jié)構(gòu)的相似性或不相似性。

（三）蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)

從方法上來看有演繹法和歸納法兩種途徑。前者主要是從一些基本原理或假設(shè)出發(fā)來預(yù)測(cè)和研究蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和折疊過程。分子力學(xué)和分子動(dòng)力學(xué)屬這一范疇。后者主要是從觀察和總結(jié)已知結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)規(guī)律出發(fā)來預(yù)測(cè)未知蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。同源模建和指認(rèn)（Threading）方法屬于這一范疇。雖然經(jīng)過30余年的努力，蛋白結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)研究現(xiàn)狀遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際需要。

（四）計(jì)算機(jī)輔助基因識(shí)別

給定基因組序列后，正確識(shí)別基因的范圍和在基因組序列中的精確位置.這是最重要的課題之一，而且越來越重要。經(jīng)過20余年的努力，提出了數(shù)十種算法，有十種左右重要的算法和相應(yīng)軟件上網(wǎng)提供免費(fèi)服務(wù)。原核生物計(jì)算機(jī)輔助基因識(shí)別相對(duì)容易些，結(jié)果好一些。從具有較多內(nèi)含子的真核生物基因組序列中正確識(shí)別出起始密碼子、剪切位點(diǎn)和終止密碼子，是個(gè)相當(dāng)困難的問題，研究現(xiàn)狀不能令人滿意，仍有大量的工作要做。

（五）非編碼區(qū)分析和DNA語言研究

在人類基因組中，編碼部分進(jìn)展總序列的3－5%，其它通常稱為“垃圾”DNA，其實(shí)一點(diǎn)也不是垃圾，只是我們暫時(shí)還不知道其重要的功能。分析非編碼區(qū)DNA序列需要大膽的想象和嶄新的研究思路和方法。DNA序列作為一種遺傳語言，不僅體現(xiàn)在編碼序列之中，而且隱含在非編碼序列之中。

三、生物信息學(xué)的新技術(shù)

（一）Lipshutz(Affymetrix，Santa clara，CA，USA)

描述了一種利用DNA探針陣列進(jìn)行基因組研究的方法，其原理是通過更有效有作圖、表達(dá)檢測(cè)和多態(tài)性篩選方法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)人類基因組的測(cè)序。光介導(dǎo)的化學(xué)合成法被應(yīng)用于制造小型化的高密度寡核苷酸探針的陣列，這種通過軟件包件設(shè)計(jì)的寡核苷酸探針陣列可用于多態(tài)性篩查、基因分型和表達(dá)檢測(cè)。然后這些陣列就可以直接用于并行DNA雜交分析，以獲得序列、表達(dá)和基因分型信息。Milosavljevic(CuraGen， Branford， CT， USA)介紹了一種新的基于專用定量表達(dá)分析方法的基因表達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)，以及一種發(fā)現(xiàn)基因的系統(tǒng)GeneScape。為了有效地抽樣表達(dá)，特意制作片段模式以了解特定基因的子序列的發(fā)生和冗余程度。他在酵母差異基因表達(dá)的大規(guī)模研究中對(duì)該技術(shù)的性能進(jìn)行了驗(yàn)證，并論述了技術(shù)在基因的表達(dá)、生物學(xué)功能以及疾病的基礎(chǔ)研究中的應(yīng)用。

（二）基因的功能分析

Overton(University of Pennsylvania School of Medicine，Philadelphia，PA，USA)論述了人類基因組計(jì)劃的下一階段的任務(wù)基因組水平的基因功能分析。這一階段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的分析、管理和可視性將毫無疑問地比第一階段更為復(fù)雜。他介紹了一種用于脊椎動(dòng)物造血系統(tǒng)紅系發(fā)生的功能分析的原型系統(tǒng)E-poDB，它包括了用于集成數(shù)據(jù)資源的Kleisli系統(tǒng)和建立internet或intranet上視覺化工具的bioWidget圖形用戶界面。EpoDB有可能指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)人員發(fā)現(xiàn)不可能用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法得到的紅系發(fā)育的新的藥物靶，制藥業(yè)所感興趣的是全新的藥物靶，EpoDB提供了這樣一個(gè)機(jī)會(huì)，這可能是它最令人激動(dòng)的地方。

Babbitt(University of California，San Francisco，CA，USA)討論了通過數(shù)據(jù)庫搜索來識(shí)別遠(yuǎn)緣蛋白質(zhì)的方法。對(duì)蛋白質(zhì)超家族的結(jié)構(gòu)和功能的相互依賴性的理解，要求了解自然所塑造的一個(gè)特定結(jié)構(gòu)模板的隱含限制。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)之間的最有趣的關(guān)系經(jīng)常在分歧的序列中得以表現(xiàn)，因而區(qū)分得分低（low-scoring）但生物學(xué)關(guān)系顯著的序列與得分高而生物學(xué)關(guān)系較不顯著的序列 是重要的。Babbit證明了通過使用BLAST檢索，可以在數(shù)據(jù)庫搜索所得的低得分區(qū)識(shí)別遠(yuǎn)緣關(guān)系（distant relationship）。Levitt(Stanford univeersity，Palo Alto，CA，USA)討論了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)和一種僅從序列數(shù)據(jù)對(duì)功能自動(dòng)模建的方法。基因功能取決于基因編碼的蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)，但數(shù)據(jù)庫中蛋白質(zhì)序列的數(shù)目每18個(gè)月翻一番。為了確定這些序列的功能，結(jié)構(gòu)必須確定。同源模建和從頭折疊（ab initio folding）方法是兩種現(xiàn)有的互為補(bǔ)充的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方法；同源模建是通過片段匹配（segment matching）來完成的，計(jì)算機(jī)程棄SegMod就是基于同源模建方法的。

（三）新的數(shù)據(jù)工具

Letovsky(Johns hopkins University，Baltimore，MD，USA)介紹了GDB數(shù)據(jù)庫，它由每條人類染色體的許多不同圖譜組成，包括細(xì)胞遺傳學(xué)、遺傳學(xué)、放射雜交和序列標(biāo)簽位點(diǎn)（STS）的內(nèi)容，以及由不同研究者用同種方法得到的圖譜。就位置查詢而言，如果不論其類型（type）和來源（source），或者是否它們正好包含用以批定感興趣的區(qū)域的標(biāo)志（markers），能夠搜索所有圖譜是有用的。為此目的，該數(shù)據(jù)庫使用了一種公用坐標(biāo)系統(tǒng)（common coordinate system）來排列這些圖譜。數(shù)據(jù)庫還提供了一張高分辨率的和與其他圖譜共享許多標(biāo)志的圖譜作為標(biāo)準(zhǔn)。共享標(biāo)志的標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)性容許同等于所有其它圖譜的標(biāo)準(zhǔn)圖譜的分配。

Candlin(PE applied Biosystems，F(xiàn)oster City，CA，USA)介紹了一種新的存儲(chǔ)直接來自ABⅠPrism dNA測(cè)序儀的數(shù)據(jù)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)BioLIMS。該系統(tǒng)可以與其它測(cè)序儀的數(shù)據(jù)集成，并可方便地與其它軟件包自動(dòng)調(diào)用，為測(cè)序儀與序列數(shù)據(jù)的集成提供了一種開放的、可擴(kuò)展的生物信息學(xué)平臺(tái)。

參考文獻(xiàn)

第4篇：生物信息學(xué)的前景范文

[關(guān)鍵詞] 基因芯片；子宮內(nèi)膜異位癥；生物信息學(xué)分析；靶基因；microRNA

[中圖分類號(hào)] R711.710.46 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673-7210（2017）04（a）-0012-05

[Abstract] Objective To analyze and predict the expression of endometriosis （EMs） genes by bioinformatics methods， in order to provide a new basis for revealing the essence of EMs at the gene level and developing new treatment drugs. Methods Download gene dates which were related to EMs in Gene Expression Omnibus（GEO）， were mined and analyzed by a series of bioinformatics tools， such as protparam， MotiScan， SignalP 4.0， NetPhos 2.0， TMHMM， GO， KEGG， STRING， BRB-Array Tools. Results 91 EMs related genes and 54 microRNA had been found in this study. These genes mainly involved in the process of cell proliferation regulation， cell apoptosis regulation and chemotaxis. Protein interaction network predicted 19 important EMs-related protein targets. Combined with target gene data mining， 134 EMs-related target genes were found. Conclusion Using bioinformatics method to analyze gene microarray data can acquire inner information of organisms， and provide new diagnostic markers and diagnostic thoughts for the early diagnosis of EMs.

[Key words] Microarray； Endometriosis； Bioinformatics； Target gene； MicroRNA

子m內(nèi)膜異位癥（endometriosis，EMs）是一種常見的慢性婦科疾病，在女性人群中，發(fā)病率為10%～15%[1]，其臨床表現(xiàn)為不孕、痛經(jīng)、慢性盆腔痛、痛等[2]，給年輕的女性帶來巨大的痛苦和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。EMs是在子宮腔外部出現(xiàn)經(jīng)過增殖、出血和再生的子宮內(nèi)膜樣組織，其發(fā)病機(jī)制尚不清楚[3-4]。由于EMs病因復(fù)雜，目前主要治療手段是手術(shù)和激素治療，但該病的復(fù)發(fā)率高，達(dá)40%～50%[5]。因此，亟需新的有效的EMs治療方法。

基因調(diào)控在EMs的發(fā)展中起重要作用[6]。研究EMs患者的基因特征是開發(fā)新療法的有效步驟[7-8]，基因芯片數(shù)據(jù)能夠大規(guī)模地揭示基因遺傳背景。根據(jù)基因芯片數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，免疫內(nèi)分泌的功能障礙是影響子宮內(nèi)膜異位的重要因素[9]。生物信息學(xué)被應(yīng)用于整理基因表達(dá)、基因功能、基因產(chǎn)物以及細(xì)胞功能相關(guān)的大量信息，來鑒定發(fā)病過程中的關(guān)鍵因子，預(yù)測(cè)合適的治療靶標(biāo)[10]。目前這種方法已被用于改進(jìn)肝細(xì)胞癌[11]、淋巴瘤[12]和口腔癌的診斷[13]?；蛐酒夹g(shù)與生物信息學(xué)分析的結(jié)合能夠?yàn)榧膊〉姆肿由飳W(xué)研究提供新的研究視角。

本研究應(yīng)用基因芯片分析軟件BRB-Array Tools對(duì)基因芯片公共數(shù)據(jù)庫的EMs相關(guān)基因和microRNA進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，并進(jìn)行microRNA的靶基因預(yù)測(cè)。用生物信息學(xué)的方法對(duì)EMs的相關(guān)基因進(jìn)行通路和功能的分析，找出EMs相關(guān)蛋白質(zhì)相互作用的網(wǎng)絡(luò)調(diào)控的關(guān)鍵靶標(biāo)，研究EMs的發(fā)病機(jī)制，為進(jìn)一步在基因水平上揭示EMs的本質(zhì)和發(fā)現(xiàn)藥物治療靶點(diǎn)、開發(fā)治療新藥提供新的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

從美國國立生物信息技術(shù)中心（National Center for Biotechnology Information，NCBI）的公共基因芯片數(shù)據(jù)庫（Gene Expression Omnibus，GEO）[14]下載與EMs相關(guān)的基因和microRNA。

1.2 方法

①把EMs相關(guān)基因上傳到String（Search Tool for the Retrieval of Interacting Genes）數(shù)據(jù)庫在線分析工具（http：//）[15-16]可獲得EMs相關(guān)基因蛋白-蛋白相互作用的網(wǎng)絡(luò)，篩選節(jié)點(diǎn)（Hub）蛋白。

②把EMs相關(guān)基因上傳到DAVID（Database for Annotation，Visualization，and Integrated Discovery）[17]，用功能注釋工具（Functional Annotation Tool），研究EMs相關(guān)基因參與FOTERM_MF_5以及GOTERM_BP_5基因本體數(shù)據(jù)庫（Gene Ontology，GO）[18]的分子功能和生物過程，分析EMs相關(guān)基因參與的PANTHER-PATHWAY和KEGG-PATHWAY數(shù)據(jù)庫中的生物學(xué)通路。

③應(yīng)用PicTar2005[19]、TargetScan 5.1[20]、miRanda V5[21]3種軟件預(yù)測(cè)靶基因，有兩種或兩種以上的軟件同時(shí)預(yù)測(cè)到的結(jié)果則認(rèn)為可靠。

2 結(jié)果

2.1 EMs相關(guān)基因的篩選

從公共基因芯片數(shù)據(jù)庫（Gene Expression Omnibus，GEO）下載與EMs相關(guān)的基因，共得到91個(gè)相關(guān)基因，結(jié)果見表1。

2.2 EMs相關(guān)基因的分析

對(duì)91個(gè)EMs相關(guān)基因編碼的蛋白進(jìn)行蛋白-蛋白的相互作用網(wǎng)絡(luò)分析顯示，處于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的蛋白質(zhì)有19個(gè)基因與之對(duì)應(yīng)，分別是EGF、RELA、VEGFA、PCNA、PTEN、PIKCA、MDM2、MMP9、MMP1、NGF、PGR、PTGS2、IL11B、IL6、IL10、CD44、TP53、TNF、FOXO1，f明它們可能在致病中發(fā)揮著重要作用。GO富集分析結(jié)果顯示，EMs相關(guān)基因主要涉及細(xì)胞增殖、細(xì)胞凋亡、細(xì)胞代謝、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、趨化作用等反應(yīng)過程（圖1）。生物學(xué)通路分析表明，EMs相關(guān)基因主要參與細(xì)胞因子受體互作、腫瘤通路、造血細(xì)胞系、Jak-STAT信號(hào)等生物學(xué)的通路（圖2）。

2.3 microRNA的靶基因預(yù)測(cè)

在PubMed數(shù)據(jù)庫中檢測(cè)到54個(gè)EMs相關(guān)的microRNA，聯(lián)合靶基因的數(shù)據(jù)挖掘和預(yù)測(cè)，共得到134個(gè)EMs的相關(guān)基因。

3 討論

EMs給社會(huì)和婦女帶來了嚴(yán)重的臨床上和經(jīng)濟(jì)上的負(fù)擔(dān)，因此，需要將研究和資源的效用最大化來提高對(duì)疾病的了解，以便發(fā)展新的有效的治療方法。隨著近幾年生物信息學(xué)技術(shù)的興起，基因芯片技術(shù)已經(jīng)成為生物醫(yī)學(xué)研究的基本方法?；蛐酒且环N大規(guī)模高效率獲取生物信息的新型技術(shù)，能夠檢測(cè)分析各個(gè)組織內(nèi)的表達(dá)基因的差異，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速提高和生物數(shù)據(jù)的急劇增長，生物信息學(xué)這一剛剛興起的學(xué)科得到了前所未有的迅速發(fā)展[22]，尤其是應(yīng)用生物信息學(xué)方法發(fā)現(xiàn)新基因和基因芯片，利用已知的核酸序列作為探針，與互補(bǔ)的靶核苷酸序列相互雜交，再進(jìn)行信號(hào)的監(jiān)測(cè)，最終完成定量或者定性的分析，在預(yù)防和新藥開發(fā)、輔助診斷疾病方面有廣闊的前景。生物信息學(xué)是涉及應(yīng)用物理學(xué)、數(shù)學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)、計(jì)算機(jī)等交叉學(xué)科的一門新興學(xué)科，應(yīng)用現(xiàn)有的分析軟件和公共數(shù)據(jù)庫，可以探索生物分子結(jié)構(gòu)和功能特性，為后續(xù)研究提供新的研究思路和方向。EMs的生物學(xué)過程復(fù)雜，決定了從基因組水平篩選與轉(zhuǎn)移相關(guān)表型的功能基因成為EMs治療研究的重要方向[23]。

本研究發(fā)現(xiàn)，EGF、RELA、VEGFA、PCNA、PTEN、PRKCA、MDM2、MMP9、MMP1、NGF、PGR、PTGS2、IL11B、IL6、IL10、CD44、TP53、TNF、FOXO1在EMs相關(guān)基因編碼蛋白-蛋白的作用網(wǎng)絡(luò)中起到節(jié)點(diǎn)蛋白的作用，推測(cè)這些基因?qū)Ms的發(fā)病起重要作用。本研究通過GO富集分析和通路分析發(fā)現(xiàn)，EMs相關(guān)基因主要與細(xì)胞增殖調(diào)控、細(xì)胞凋亡調(diào)控、趨化作用有關(guān)。

綜上所述，本文應(yīng)用生物信息學(xué)的方法對(duì)基于基因芯片數(shù)據(jù)庫挖掘的EMs基因及蛋白進(jìn)行分析，為揭示EMs相關(guān)基因及microRNA的結(jié)構(gòu)、功能、蛋白的相互作用提供了重要依據(jù)，發(fā)現(xiàn)了關(guān)鍵基因在EMs發(fā)生發(fā)展過程中可能起到重要的作用，為日后進(jìn)一步研究EMs的發(fā)病機(jī)制、發(fā)現(xiàn)藥物治療的靶點(diǎn)，及為臨床治療和預(yù)防提供了新的切入點(diǎn)。

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第5篇：生物信息學(xué)的前景范文

關(guān)鍵詞：鐵皮石斛，RCA2基因，克隆，生物信息學(xué)分析

中圖分類號(hào)：Q949.71

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

鐵皮石斛（Dendrobiumofficinale）屬于蘭科（Orchidaceae）石斛屬（Dendrobium）多年生的草本植物，鐵皮石斛含石斛多糖、石斛堿、雙芐酚類、菲酚類等多種藥效成分，是石斛屬藥用植物中最為珍稀名貴的種，具有滋陰清熱、潤肺止咳、益胃生津、明目強(qiáng)身等作用（Zhangetal，2000）。核酮糖1，5二磷酸羧化酶/加氧酶（Ribulose1，5bisphosphatecarboxylase/oxygenase，Rubisco）是存在于葉綠體內(nèi)的一個(gè)雙功能酶，同時(shí)催化卡爾文循環(huán)中最初固定CO2的反應(yīng)以及光呼吸作用中的第一步反應(yīng)，該酶處于光合碳還原和碳氧化兩個(gè)方向相反但又相互關(guān)聯(lián)的循環(huán)交叉點(diǎn)上，對(duì)凈光合速率起著決定性的影響，因此提高Rubisco活力是提高光合作用的重要途徑（潘瑞熾等，2004）。因鐵皮石斛原生地的生境破壞和常年的濫采亂挖，野生資源遭到嚴(yán)重的破壞，瀕臨滅絕，已列入中國珍稀瀕危保護(hù)植物的名錄。由于石斛不能夠栽培在土壤里，北方地區(qū)必須栽培在樹皮、木塊、鋸末等做的栽培床或者是石頭上，冬天多數(shù)需要蓋溫棚等設(shè)施，投資較大，加上石斛種植的技術(shù)要求高，目前市場(chǎng)尚未完全打開，發(fā)展速度還不是很快（張明等，2010）。

隨著生物技術(shù)的發(fā)展，許多糧食作物如大麥（Rundle&Zielinski，1991）、水稻（Toetal，1999）、大豆（Yinetal，2014）等植物的RCA基因被克隆，但目前報(bào)道的RCA基因很少有涉及藥用觀賞植物，最近有朱明庫等（2013）對(duì)羽衣甘藍(lán)Rubisco活化酶基因BoRCA的克隆、生物信息學(xué)及表達(dá)分析的研究；袁秀云等（2016）對(duì)蝴蝶蘭Rubisco活化酶基因PhRCAα的序列特征及在低溫脅迫下的表達(dá)分析的研究；祝欽瀧等（2011）對(duì)彩葉草Rubisco活化酶基因SsRCA進(jìn)行了組織表達(dá)特異性和光誘導(dǎo)表達(dá)特性研究；曾淑華等（2012）已從鐵皮石斛中克隆了光合碳途徑關(guān)鍵酶磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因。因此，開展鐵皮石斛RCA基因研究顯得尤為必要。本研究為了提高石斛的質(zhì)量，提高石斛光合效率，揭示鐵皮石斛光合作用機(jī)理自然成了鐵皮石斛研究領(lǐng)域的重要問題，該研究利用RACE技術(shù)克隆出鐵皮石斛RCA2全長基因，并進(jìn)行生物信息學(xué)分析，為進(jìn)一步研究鐵皮石斛光合作用調(diào)節(jié)機(jī)理奠定基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1材料

鐵皮石斛原產(chǎn)地為貴州，現(xiàn)在種植于河南省鄭州市鄭州師范學(xué)院蘭花工程技術(shù)研究中心智能日光溫室，植物材料為一年生鐵皮石斛。

1.2方法

1.2.1RNA提取選取一年生鐵皮石斛葉片，液氮速凍，保存于-80℃冰箱備用。葉片總RNA提取采用多糖多酚植物總RNA提取試劑盒（Tiangen公司）；采用1%瓊脂糖凝膠電泳鑒定RNA的完整性；采用QuawellQ5000微量紫外可見分光光度計(jì)測(cè)定其A260/A280值及其濃度。

1.2.2RCA2基因全長的克隆以提取的葉片總RNA為模板，用反轉(zhuǎn)錄試劑盒合成單鏈cDNA。根據(jù)GENBANK上已知植物的RCA保守區(qū)，利用DNAMAN和Primer5.0生物軟件設(shè)計(jì)兼并引物（表1），擴(kuò)增RCA保守片段。PCR反應(yīng)體系為20.0μL：10×PCRbuffer2.0μL、dNTPMix2.0μL、上游引物RCAF1（10μmol·L1）1.0μL、下游引物RCAR1（10μmol·L1）1.0μL、模板cDNA1.0μL、rTaq酶（5U·μL1）0.2μL，加滅菌雙蒸水至總體積20.0μL；反應(yīng)程序?yàn)?4℃預(yù)變性5min；94℃變性40s，56℃退火40s，72℃延伸40s，35個(gè)循環(huán)；最后72℃延伸10min。切膠回收目的片段，連接pGEMTEasy載體，轉(zhuǎn)化大腸桿菌DH5α，挑選陽性克隆送至上海英濰捷基生物技術(shù)公司測(cè)序，獲得RCA基因的保守區(qū)序列。再根據(jù)獲得的保守區(qū)序列，分別設(shè)計(jì)5′端和3′端特異性巢式引物（表1），以葉cDNA為模板，用巢式PCR方式分別擴(kuò)增RCA的5′端和3′端序列，按Clontech公司SMARTerTMRACE擴(kuò)增試劑盒操作說明進(jìn)行反應(yīng)，回收擴(kuò)增目的產(chǎn)物，克隆到pGEMTEasy載體上，轉(zhuǎn)入大腸桿菌DH5α菌株，進(jìn)行測(cè)序和拼接。

1.2.3ORF的擴(kuò)增根據(jù)DNAMAN軟件拼接得到RCA基因序列全長，利用Premier5.0設(shè)計(jì)1對(duì)特異引物RCAF2和RCAR2（表1），用于完整開放閱讀框（ORF）的擴(kuò)增。PCR擴(kuò)增程序?yàn)?4℃預(yù)變性5min，94℃變性45s，58℃退火45s，72℃延伸1min，進(jìn)行35個(gè)循環(huán)，72℃延伸15min。ORF片段連接到pGEMTEasy載體上，轉(zhuǎn)化大腸桿菌DH5α，測(cè)序進(jìn)行ORF序列驗(yàn)證。

1.2.4生物信息學(xué)分析利用ORFfinder進(jìn)行開放閱讀框的預(yù)測(cè)；利用NCBI上的BLAST進(jìn)行基因相似性的分析（http：//ncbi.nlm.nih.gov/blast/）；利用DNAMAN進(jìn)行氨基酸序列比對(duì)分析；利用ProtScale程序（http：//expasy.org/tools/protscale.html）分析蛋白質(zhì)親疏水性；利用TargetP軟件（UsingPLANTnetworks）和PSORTll（http：//psort.hgc.jp/form.html）進(jìn)行亞細(xì)胞定位的分析；利用Protfun（http：//cbs.dtu.dk/services/ProtFun/）分析預(yù)測(cè)RCA2蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)功能和功能分類；利用ExPASy網(wǎng)站上的GOR進(jìn)行蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)；利用ExPASy網(wǎng)站上的SWISSMODEL進(jìn)行蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)分析。

2結(jié)果與分析

2.1RCA2基因全長克隆

葉片總RNA提取后經(jīng)1%瓊脂糖凝膠電泳鑒定其完整性，檢測(cè)結(jié)果顯示，28S和18S條帶清晰，A260/A280值1.96，濃度為210.56ng·μL1。

以鐵皮石斛葉片總RNA反轉(zhuǎn)錄的cDNA為模板，以兼并引物RCAF1和RCAR2進(jìn)行保守區(qū)片段PCR擴(kuò)增，得到一個(gè)503bp保守片段（圖1：B），根據(jù)設(shè)計(jì)的3′端和5′端特異引物，采用RACE技術(shù)，擴(kuò)增獲得3′端目的片段（圖1：D）和5′端目的片段（圖1：C）。利用生物軟件DNAMAN進(jìn)行序列拼接得到該基因的全長為1730bp，利用ORFfinder分析，共有9個(gè)ORF，該基因最長的ORF共計(jì)1323bp，包含81bp的5′UTR、326bp的3′UTR，編碼440個(gè)氨基酸，將該基因命名為RCA2，GenBank登陸號(hào)為KT205842。利用引物RCAF2和RCAR2擴(kuò)增獲得1323bpORF片段（圖1：A），連接到pGEMTEasy載體上測(cè)序驗(yàn)證，得到的陽性質(zhì)粒命名為pGEMRCA2。

2.2RCA2基因全長的生物信息學(xué)分析

2.2.1RCA2核苷酸及編碼蛋白序列的理化性質(zhì)利用blastp和DNAMAN對(duì)RCA2氨基酸序列進(jìn)行比對(duì)分析，發(fā)現(xiàn)該基因包含PloopNTPaseSuperfamily結(jié)構(gòu)域，分別為“WGGKGQGKS”（A區(qū)）和“GKMCCLFINDLD”（B區(qū)），屬于PloopNTPase超家族基因（圖2）。理化性質(zhì)分析該蛋白的分子質(zhì)量為48.53kDa，等電點(diǎn)為6.19。將該基因全長核苷酸序列在NCBI上進(jìn)行blastn相似性比較，結(jié)果表明基因均為RCA基因，且與蝴蝶蘭（Phalaenopsis）的相似性高達(dá)87%。氨基酸序列比對(duì)分析，發(fā)現(xiàn)其氨基酸序列與蝴蝶蘭、葡萄、荷花的相似性分別為89%、84%、85%（圖3）。

2.2.2RCA2編碼蛋白質(zhì)的親疏水性分析利用ProtScale分析蛋白的親疏水性發(fā)現(xiàn)，RCA2蛋白質(zhì)序列具有較高的親水性，其中第69位的Thr親水性最強(qiáng)（-3.078），第162位Leu的疏水性最強(qiáng)（2.122）（圖4）。

2.2.3RCA2編碼蛋白質(zhì)的亞細(xì)胞定位蛋白的亞細(xì)胞定位與該蛋白所執(zhí)行的功能是密切相關(guān)的，用TargetP和PSORTII軟件進(jìn)行亞細(xì)胞定位分析，TargetP預(yù)測(cè)結(jié)果顯示RCA2蛋白定位于葉綠體基質(zhì)，可信度為3（圖5：A），用PSORTII預(yù)測(cè)蛋白顯示，RCA2蛋白定位于葉綠體基質(zhì)、線粒體基質(zhì)間隙、葉綠體類囊體膜、葉綠體類囊體腔，RCA2蛋白主要存在于葉綠體基質(zhì)（圖5：B）。

2.2.4RCA2編碼蛋白質(zhì)的功能預(yù)測(cè)與分析利用ProtfunsoftwareofCBS分析預(yù)測(cè)RCA2蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)功能和功能分類，可能有意義的功能包括中間代謝、脂肪酸代謝、翻譯、輔酶因子的生物合成和能量代謝等，他們的幾率分別是5.484、4.387、4.048、3.639、3.098。這表明RCA2在中間代謝起到了一個(gè)非常重要的角色，在脂肪酸代謝、翻譯中起到了重要作用，在輔酶因子的生物合成和能量代謝中也起到了關(guān)鍵作用。

2.2.5RCA2編碼蛋白質(zhì)的二級(jí)、三級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)采用ExPASy網(wǎng)站上的GOR進(jìn)行蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)，結(jié)果表明，α螺旋占30.68%，延伸鏈占25.45%，不規(guī)則折疊占43.86%（圖6）。用ExPASy網(wǎng)站上的SWISSMODELWorkspace預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)以4w5w.1.A（SMTLid）為模板進(jìn)行建模，該模板以XRAY2.90方法產(chǎn)生，與RCA2蛋白一致性為86.02%（圖7）。

3討論與結(jié)論

該研究通過RTPCR和RACE技術(shù)方法，成功克隆了鐵皮石斛RCA2基因（GenBank登錄號(hào)KT205842）全長1730bp，開放閱讀框1323bp，編碼440個(gè)氨基酸；核苷酸序列分析結(jié)果表明，RCA2核苷酸序列與蝴蝶蘭（Phalaenopsis）的相似性高達(dá)87%，其編碼蛋白屬于PloopNTPaseSuperfamily家族基因。蛋白理化性質(zhì)分析該蛋白的分子質(zhì)量為48.53kDa，等電點(diǎn)為6.19，為親水性蛋白，RCA2編碼蛋白質(zhì)的亞細(xì)胞定位于葉綠體基質(zhì)；編碼蛋白質(zhì)的功能包括中間代謝、脂肪酸代謝、翻譯、輔酶因子的生物合成和能量代謝等，蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)模型與RCA2蛋白一致性為86.02%，這些生物學(xué)參數(shù)為進(jìn)一步研究RCA2蛋白的酶學(xué)性質(zhì)及其在鐵皮石斛中的光合作用機(jī)理奠定了理論基礎(chǔ)。

第6篇：生物信息學(xué)的前景范文

【關(guān)鍵詞】生物電子學(xué)；研究生選修課；教學(xué)探索

Postgraduate Course of Bioelectronics Opened and Teaching

SU Shao

（School of Materials Science and Engineering， Nanjing University of Posts & Telecommunications， Nanjing Jiangsu 210023， China）

【Abstract】“Bioelectronics” is a newly elective course， which has opened for different postgraduates. Bioelectronic is an emerging and fascinating interdisciplinary， covering many areas of research， has become a research hotspot. This elective course aims to broaden graduate research horizons， learn about the latest frontior research and develop students' innovative spirit and overall quality. In this paper， we discuss the experiences of the research fields of bioelectronics， reference books， teaching object， course content and teaching methods and prospect the future development of the electives course.

【Key words】Bioelectronics； Postgraduate elective course； Teaching explore

0 前沿

生物電子學(xué)（Bioelectronics）是以生物學(xué)和電子學(xué)為代表但又涉及化學(xué)、物理、材料及信息技術(shù)等許多學(xué)科和高新技術(shù)相結(jié)合的一門新興交叉學(xué)科。電子信息科學(xué)技術(shù)和生物科學(xué)（含醫(yī)學(xué)科學(xué)）是十分重要的兩個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，它們對(duì)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，乃至于對(duì)人類的社會(huì)生活方式都將產(chǎn)生深刻而重要的影響。生物電子學(xué)的發(fā)展充分體現(xiàn)了上述兩個(gè)學(xué)科的相互依賴和和相互促進(jìn)的關(guān)系。生物電子學(xué)自20世紀(jì)50 年代誕生以來，發(fā)展迅速，領(lǐng)域不斷拓寬，地位日益重要，已經(jīng)展示了廣闊的發(fā)展前景[1-2]。子學(xué)的研究領(lǐng)域大致可以包括如下7個(gè)方面：（1）生物信息檢測(cè)；（2）生物醫(yī)學(xué)信息處理；（3）生物系統(tǒng)建模和仿真；（4）場(chǎng)與生物物質(zhì)的作用；（5）分子和生物分子電子學(xué)；（6）生物信息學(xué)；（7）生物醫(yī)學(xué)儀器。近20年來，隨著各種新原理、新技術(shù)和新方法不斷地應(yīng)用到生物電子學(xué)的研究中，生物電子學(xué)的發(fā)展日新月異，目前越來越的科研工作者聚集生物電子學(xué)方面的研究。

1 研究領(lǐng)域

生物電子學(xué)作為新興的交叉學(xué)科，發(fā)展迅猛，涉及多個(gè)研究領(lǐng)域。國外的大學(xué)很早就開展生物電子學(xué)的相關(guān)研究。如英國的克蘭菲爾德大學(xué)，其生物電子學(xué)方面的研究就包括生物信息學(xué)、生物傳感器與生物診斷、環(huán)境與健康、環(huán)境與自然、環(huán)境與安全、智能材料和轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)等。我國在1985年，由韋鈺院士創(chuàng)立了分子與生物分子電子學(xué)實(shí)驗(yàn)室，通過20年的發(fā)展，2002年，東南大學(xué)生物電子學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開始建設(shè)。目前，該重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展目標(biāo)是瞄準(zhǔn)生物電子學(xué)的國際發(fā)展前沿，開展應(yīng)用基礎(chǔ)研究，側(cè)重綜合應(yīng)用信息科學(xué)領(lǐng)域的最新成果，發(fā)展生物領(lǐng)域研究的新方法和新技術(shù)，并用于探究生命過程的本質(zhì)，揭示重大疾病的機(jī)制，為醫(yī)學(xué)發(fā)展開辟新途徑。該國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室以生物信息材料與器件、生物信息獲取和傳感、生物信息系統(tǒng)和應(yīng)用為主要研究方向，研究?jī)?nèi)容涉及分子（納米）有序材料及其制備、分子有序結(jié)構(gòu)的組裝與表征、分子/納米器件、生物/納米材料及其應(yīng)用、植入式電子器件、單分子與單細(xì)胞檢測(cè)、生物傳感器、微陣列芯片技術(shù)、微流體生物芯片、生物信息學(xué)、仿生信息處理系統(tǒng)及應(yīng)用、腦信息系統(tǒng)的建模和應(yīng)用等。

2 教材選擇

本課程是專業(yè)選修課，開設(shè)對(duì)象是低年級(jí)的碩士研究生和博士研究生。相對(duì)于本科生，研究生具有良好的自學(xué)能力和獨(dú)立思考能力，因此，如何選擇實(shí)用、全面和專業(yè)的參考教材尤其重要。目前，國內(nèi)還沒有《生物電子學(xué)》課程的材，很多醫(yī)學(xué)專業(yè)的高等院校選用的是生物電子醫(yī)學(xué)方面的教材，并不能很好的滿足普通高校本科生或者研究生的課程需要。因此，在依據(jù)本學(xué)校和本學(xué)院的專業(yè)設(shè)置（材料物理、材料科學(xué)和信息顯示等專業(yè)），以及本學(xué)院教師的科研方向，選用了以色列著名科學(xué)家Itamar Willner為主編，匯集了眾多在生物電子學(xué)方面的專家編著的《Bioelectronics》[3]教材，從生物電子學(xué)的定義，生物電子學(xué)的發(fā)展和研究領(lǐng)域等方面，并結(jié)合當(dāng)前熱門生物電子學(xué)方面的科研資料和科研文獻(xiàn)，多方位、多角度的向研究生展示生物電子學(xué)的研究?jī)?nèi)容、研究方向、研究前沿和研究熱點(diǎn)。這樣的安排，讓研究生從一開始就接觸科學(xué)前沿，開闊了眼界，更好的領(lǐng)悟科學(xué)的真諦。

3 授課對(duì)象

《生物電子學(xué)》是碩士和博士研究生的專業(yè)選修課程，目前選修本門課程的學(xué)生的專業(yè)跨度很大，有材料化學(xué)、材料物理和高分子材料與工程等不同專業(yè)。我們開設(shè)本門課程的宗旨是讓不同學(xué)生都了解什么是生物電子學(xué)、當(dāng)前生物電子學(xué)發(fā)展到怎樣的階段和生物電子學(xué)涉及的研究領(lǐng)域。通過對(duì)這些方面的學(xué)習(xí)，結(jié)合各自的研究背景，將生物電子學(xué)領(lǐng)域的研究?jī)?nèi)容糅合到各自的科學(xué)研究中，實(shí)現(xiàn)科學(xué)創(chuàng)新，更好更快的進(jìn)行科學(xué)研究。

4 授課形式和課程內(nèi)容

本門課程為研究生專業(yè)選修課，在授課形式和課程內(nèi)容上有別于本科生的專業(yè)必修課。在充分考慮研究生具有良好的自學(xué)能力和理解能力的基礎(chǔ)上，我們決定將本門課程的課時(shí)設(shè)置為32學(xué)時(shí)，分8次課完成。課題上以授課和討論兩種主要形式進(jìn)行，設(shè)為8個(gè)不同的生物電子學(xué)版塊，以講座形式進(jìn)行教學(xué)，并同時(shí)讓研究生依據(jù)各自的研究背景，以每次課所要將的內(nèi)容為主線，做好課下準(zhǔn)備，帶著問題有針對(duì)性的進(jìn)行實(shí)時(shí)討論。本著“科學(xué)性、系統(tǒng)性、實(shí)用性”的原則，我們確立了具體的授課內(nèi)容，主要包括以下內(nèi)容：概論部分、生物傳感器、生物芯片、活體生物發(fā)光和熒光成像技術(shù)、微流控芯片體外診斷、臨床即時(shí)檢測(cè)儀器和DNA納米技術(shù)等。在講授這些專題的同時(shí)，結(jié)合大量的最新科研的前沿和熱點(diǎn)文獻(xiàn)，循序漸進(jìn)，生動(dòng)直觀的介紹生物電子學(xué)方面的知識(shí)，使課堂教學(xué)更為生動(dòng)、豐富。

5 教學(xué)方法

為了使研究生能在有限的課時(shí)內(nèi)掌握老師所教授的內(nèi)容，并能學(xué)以致用，就必須要運(yùn)用靈活多樣的教學(xué)方式，如：多媒體教學(xué)、互動(dòng)式教學(xué)、理論聯(lián)系實(shí)際等方法。由于生物電子學(xué)涉及多個(gè)研究領(lǐng)域，書本上的基礎(chǔ)知識(shí)往往較為枯燥、抽象，不能很好的吸引研究生的求知欲望。因此，本門課程主要以多媒體教學(xué)為主，輔以互動(dòng)式教學(xué)。在講解科學(xué)前沿和熱點(diǎn)時(shí)，利用多媒體技術(shù)在功能上、空間上及時(shí)間上交互的便利性，直觀生動(dòng)的將各種原理示意圖、實(shí)驗(yàn)結(jié)果甚至影像資料展示給研究生，將抽象、枯燥的科研問題直觀、形象又深入淺出的解釋給學(xué)生，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

為了提高研究生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，讓研究生參與到整（下轉(zhuǎn)第24頁）（上接第16頁）個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中，此時(shí)教師與學(xué)生不再說簡(jiǎn)單的傳授與接受的關(guān)系，而是雙邊的互動(dòng)關(guān)系。在課堂上除了老師有針對(duì)性地向?qū)W生提問外，學(xué)生也可以隨時(shí)向老師發(fā)問，通過互動(dòng)式教學(xué)，使學(xué)生最大限度地參與教學(xué)活動(dòng)，積極思維，培養(yǎng)了主動(dòng)探索、勇于創(chuàng)新的意識(shí)。

6 結(jié)語

目前《生物電子學(xué)》這門研究生選修課程還處于不斷探索和改革階段，作為專業(yè)教師，責(zé)任任重而道遠(yuǎn)，今后除了要不斷提高自身的業(yè)務(wù)素質(zhì)，不斷實(shí)踐、不斷總結(jié)，還要依據(jù)不斷變化的科研環(huán)境和教學(xué)環(huán)境，及時(shí)與學(xué)生溝通，把《生物電子學(xué)》課程的教學(xué)工作開展的更有深度、更有效果、更受研究生喜愛，為研究生開拓眼界、提升創(chuàng)新思維作出貢獻(xiàn)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]韋鈺.電子科技導(dǎo)報(bào)[N].1998，11，1-4.

第7篇：生物信息學(xué)的前景范文

關(guān)鍵詞：控制科學(xué)與工程；學(xué)科體系；學(xué)科建設(shè)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2013）46-0216-02

自動(dòng)化是一門涉及學(xué)科較多、應(yīng)用廣泛的綜合性科學(xué)技術(shù)。在我國研究生培養(yǎng)體系中，自動(dòng)化對(duì)應(yīng)的一級(jí)學(xué)科“控制科學(xué)與工程”下屬有七個(gè)二級(jí)學(xué)科：“控制理論與控制工程”、“檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)裝置”、“系統(tǒng)工程”、“模式識(shí)別與智能系統(tǒng)”、“導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制”、“企業(yè)信息化系統(tǒng)與工程”和“生物信息學(xué)”?？刂瓶茖W(xué)與工程對(duì)相關(guān)學(xué)科的發(fā)展起到了有力的推動(dòng)作用，并在學(xué)科交叉與滲透中表現(xiàn)出突出的活力。例如：它與信息科學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的結(jié)合開拓了知識(shí)工程和智能機(jī)器人領(lǐng)域。同時(shí)，相鄰學(xué)科如計(jì)算機(jī)、通信、微電子學(xué)和認(rèn)知科學(xué)的發(fā)展也促進(jìn)了控制科學(xué)與工程的新發(fā)展，使控制科學(xué)與工程學(xué)科所涉及的研究領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。

一、我國控制科學(xué)與工程學(xué)科的現(xiàn)狀

控制科學(xué)與工程學(xué)科經(jīng)過幾十年的發(fā)展，在諸多方面取得了一些重要的進(jìn)步。控制理論以動(dòng)態(tài)系統(tǒng)為主要研究對(duì)象。20世紀(jì)80年代以來，計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和通信等信息技術(shù)的發(fā)展為現(xiàn)有的控制理論提供了廣泛的應(yīng)用空間，同時(shí)也帶來了巨大的挑戰(zhàn)，促使控制理論自身的發(fā)展，也催生出新的學(xué)科增長點(diǎn)?？刂评碚摲矫?，在魯棒控制、非線性控制、離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)、量子控制等方面都取得了重要進(jìn)展。隨著20世紀(jì)40年代計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)以及50年代人工智能的興起，人們當(dāng)然也希望能用計(jì)算機(jī)來代替或擴(kuò)展人類的部分腦力勞動(dòng)。模式識(shí)別在20世紀(jì)60年代初迅速發(fā)展并成為一門新學(xué)科。在生物信息學(xué)方面，在高通量組學(xué)數(shù)據(jù)的處理、計(jì)算基因組學(xué)的研究、醫(yī)學(xué)群體遺傳學(xué)中的生物信息學(xué)、蛋白質(zhì)功能結(jié)構(gòu)與亞細(xì)胞定位上、生物分子網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建與分析等方面有了重要進(jìn)展。機(jī)器學(xué)習(xí)與數(shù)據(jù)挖掘方面，研究涉及提高學(xué)習(xí)系統(tǒng)泛化能力、樣本標(biāo)記問題、降維與度量學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘、在視頻與圖像分析方面的應(yīng)用。腦-機(jī)接口就是要實(shí)現(xiàn)生物腦與電腦之間的直接對(duì)話?；A(chǔ)理論研究與實(shí)驗(yàn)研究并重是腦-機(jī)接口研究的重要特點(diǎn)。腦-機(jī)接口研究是一個(gè)全新的領(lǐng)域，許多方面的問題還有待于深入地研究。在醫(yī)學(xué)信息學(xué)、分子影像方面，多模態(tài)分子影像成像理論方法與關(guān)鍵技術(shù)、分子探針與藥物研發(fā)、分子影像驗(yàn)證與應(yīng)用是現(xiàn)在的研究熱點(diǎn)。導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制學(xué)科一直突出為國防、航天服務(wù)的特色，注重理論與工程實(shí)際的結(jié)合，重視高素質(zhì)人才的培養(yǎng)，建立起一支梯隊(duì)結(jié)構(gòu)合理、學(xué)術(shù)方向穩(wěn)定、能打“硬仗”的科研隊(duì)伍。半個(gè)世紀(jì)里，導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制學(xué)科先后開辟出導(dǎo)航技術(shù)、飛行控制、精確制導(dǎo)等研究方向。以自動(dòng)化、電子、計(jì)算機(jī)、控制工程、信息處理為研究對(duì)象，以現(xiàn)代控制理論、傳感技術(shù)與應(yīng)用、計(jì)算機(jī)控制等為技術(shù)基礎(chǔ)，以檢測(cè)技術(shù)、測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)、人工智能、工業(yè)計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)等技術(shù)為專業(yè)基礎(chǔ)，同時(shí)與自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)、控制工程、電子與信息、機(jī)械等學(xué)科相互滲透，主要從事以檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化裝置研究領(lǐng)域?yàn)橹黧w的、與控制、信息科學(xué)、機(jī)械等領(lǐng)域相關(guān)的理論與技術(shù)方面的研究。檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化裝置的應(yīng)用基礎(chǔ)是扎實(shí)的理論基礎(chǔ)以及科研和工程實(shí)踐過程中不斷積累的新技術(shù)使用技能和知識(shí)；隨著自動(dòng)化系統(tǒng)規(guī)模和新技術(shù)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，加上學(xué)科基礎(chǔ)理論和光、機(jī)、電結(jié)合新技術(shù)的迅速發(fā)展，越來越促進(jìn)了檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化裝置學(xué)科的迅速發(fā)展。

二、控制科學(xué)與工程學(xué)科建設(shè)的探索與實(shí)踐

1.創(chuàng)新發(fā)展，凝練學(xué)科方向，加強(qiáng)基礎(chǔ)研究力度。對(duì)于國家及國防的重大項(xiàng)目，立足現(xiàn)有的具有優(yōu)勢(shì)的學(xué)科建設(shè)方向，以現(xiàn)有國際國內(nèi)領(lǐng)先的研究成果為基礎(chǔ)，進(jìn)一步突出研究的特色和水平。針對(duì)具有良好發(fā)展前景的一些學(xué)科方向，予以優(yōu)先支持，培育發(fā)展新的學(xué)科增長點(diǎn)。近些年來，控制科學(xué)與工程學(xué)科的基礎(chǔ)研究領(lǐng)域已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步和發(fā)展，在此基礎(chǔ)上，應(yīng)培養(yǎng)一批具有較強(qiáng)科研能力的專職科研崗教師安心進(jìn)行基礎(chǔ)科研研究，并注重與實(shí)際應(yīng)用的聯(lián)系，循序漸進(jìn)，逐步形成“基礎(chǔ)理論研究、應(yīng)用技術(shù)研究和型號(hào)任務(wù)”良性發(fā)展的科學(xué)研究格局。

2.勇于探索，拓展學(xué)術(shù)交流途徑，促進(jìn)新學(xué)科有新發(fā)展。在校園網(wǎng)上，加強(qiáng)辦公系統(tǒng)網(wǎng)站建設(shè)，及時(shí)更新國際學(xué)術(shù)會(huì)議信息，及時(shí)通知與本學(xué)科相關(guān)的學(xué)術(shù)活動(dòng)通知，使得教師和研究生能及時(shí)準(zhǔn)確地獲取學(xué)術(shù)交流的信息，參與各類學(xué)術(shù)活動(dòng)。鼓勵(lì)教師以及研究生參加國內(nèi)外舉辦的高水平的國際會(huì)議，加大資金投入，通過在高水平的國際會(huì)議上進(jìn)行大會(huì)報(bào)告和與參會(huì)代表的互動(dòng)交流，加強(qiáng)與國際國內(nèi)先進(jìn)學(xué)科帶頭人的學(xué)術(shù)交流，提高學(xué)科的學(xué)術(shù)影響力。鼓勵(lì)教師聯(lián)系國外知名大學(xué)做訪問學(xué)者，通過學(xué)術(shù)訪問，開拓科研思路，拓寬學(xué)術(shù)視野，提高學(xué)術(shù)水平。推薦有一定學(xué)術(shù)影響力的骨干教師參加學(xué)術(shù)團(tuán)體活動(dòng)，參與學(xué)術(shù)期刊編委工作以及各種專家組評(píng)審工作，提高骨干教師的知名度和在該學(xué)科領(lǐng)域的知名度。

3.后發(fā)優(yōu)勢(shì)，優(yōu)化人才培養(yǎng)體系，促進(jìn)學(xué)科良性發(fā)展。建立完善的人才培養(yǎng)機(jī)制，激勵(lì)與約束相協(xié)調(diào)，加大力度建設(shè)科研團(tuán)隊(duì)。對(duì)于科研團(tuán)隊(duì)給予一定的政策傾斜，為教師創(chuàng)造良好的科研條件，發(fā)揮教師的科研積極性。加大優(yōu)秀領(lǐng)軍人才的引進(jìn)力度，高薪聘請(qǐng)國內(nèi)外知名學(xué)者來我校做客座教授，定期來學(xué)校講學(xué)、做講座、設(shè)課，合作科研。與國內(nèi)外知名企業(yè)共建實(shí)驗(yàn)室。

三、控制科學(xué)與工程學(xué)科發(fā)展的措施和建議

1.人才的培養(yǎng)和支持。由于我國控制科學(xué)與工程專業(yè)的畢業(yè)生長期以來供不應(yīng)求，目前，設(shè)置該專業(yè)的院校逐漸遞增。要注重培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，多和實(shí)踐結(jié)合，走出應(yīng)試教育的桎梏。需要有人才成長的土壤，盡可能為科研人員提供良好的科研條件。需要加大國內(nèi)外交流，提供交流的機(jī)會(huì)。總之，需要為人才的培養(yǎng)創(chuàng)造全方位立體的支持環(huán)境。

2.加大基礎(chǔ)理論投入。我國自動(dòng)化學(xué)科的發(fā)展的劣勢(shì)主要是基礎(chǔ)理論投入不足，要想改進(jìn)這一點(diǎn)，需要從國家層次上進(jìn)行引導(dǎo)，制定相關(guān)政策，鼓勵(lì)科研院所和高校加大基礎(chǔ)理論研究，經(jīng)濟(jì)允許的情況下加大資金投入，協(xié)調(diào)各個(gè)科研機(jī)構(gòu)，發(fā)揮各單位優(yōu)勢(shì)，爭(zhēng)取在基礎(chǔ)理論上取得重大突破。

3.提高科研人員的社會(huì)地位。一個(gè)行業(yè)只有得到社會(huì)的認(rèn)同和尊重才能夠吸引優(yōu)秀人才的加入。首先科研人員要加強(qiáng)學(xué)習(xí)和完善，提高綜合素質(zhì)，培養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)，增強(qiáng)科研奉獻(xiàn)精神；其次，國家和社會(huì)要為科研人員提供各種發(fā)展機(jī)會(huì)和條件，保障科研人員應(yīng)有的地位和角色，才能逐漸提高科研隊(duì)伍的質(zhì)量，才能形成一種良性循環(huán)，促進(jìn)我國科研的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì).“控制科學(xué)與工程學(xué)科發(fā)展報(bào)告”[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，2011.

[2]吳美平.“一流控制科學(xué)與工程學(xué)科的思考”[J].高等教育研究學(xué)報(bào)，2008.

第8篇：生物信息學(xué)的前景范文

生物化學(xué)工程（又叫生化工程或生物化工）是化學(xué)工程與生物技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。生物化工是生物技術(shù)的重要分支。與傳統(tǒng)化學(xué)工業(yè)相比，生物化工有某些突出特點(diǎn)：①主要以可再生資源作原料；②反應(yīng)條件溫和，多為常溫、常壓、能耗低、選擇性好、效率高的生產(chǎn)過程；③環(huán)境污染較少；④投資較??；⑤能生產(chǎn)目前不能生產(chǎn)的或用化學(xué)法生產(chǎn)較困難的性能優(yōu)異的產(chǎn)品。由于這些特點(diǎn)，生物化工已成為化工領(lǐng)域重點(diǎn)發(fā)展的行業(yè)。

1.世界生物化工行業(yè)的現(xiàn)狀

生物化工發(fā)展至今已經(jīng)歷了半個(gè)多世紀(jì)，最早主要是生產(chǎn)抗生素；隨后，是為氨基酸發(fā)酵、舀體激素的生物轉(zhuǎn)化、維生素的生物法生產(chǎn)、單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)及淀粉糖生產(chǎn)等工業(yè)化服務(wù)。自20世紀(jì)80年代起，隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的興起，生物化工又利用重組微生物、動(dòng)植物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)等手段生產(chǎn)藥用多肽、蛋白、疫苗、干擾素等。而且，生物化工的應(yīng)用已涉及到人民生活的方方面面，包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、化輕原料生產(chǎn)、醫(yī)藥衛(wèi)生、食品、環(huán)境保護(hù)、資源和能源的開發(fā)等各領(lǐng)域。隨著生物化工上游技術(shù)——生物工程技術(shù)的進(jìn)步以及化學(xué)工程、信息技術(shù)（IT）和生物信息學(xué)（bioinformatics）等學(xué)科技術(shù)的發(fā)展，生物化工將迎來又一個(gè)嶄新的發(fā)展時(shí)期。

生物化工行業(yè)經(jīng)過50多年的發(fā)展，已形成了一個(gè)完整的工業(yè)體系，整個(gè)行業(yè)也出現(xiàn)了一些新的發(fā)展態(tài)勢(shì)。下面簡(jiǎn)要描述生物化工行業(yè)的現(xiàn)狀。

1．1工業(yè)結(jié)構(gòu)

由于生物化工涉及面廣，涉及的行業(yè)多，所以從事生物化工的企業(yè)較多。據(jù)報(bào)道，90年代中期，美國生物化工企業(yè)有：000多家，西歐有580多家，日本有300多家。近年來，雖然由于行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，生物化工企業(yè)有較大幅度減少，但與生命科學(xué)（主要指醫(yī)藥和農(nóng)業(yè)生化技術(shù)）諸侯割據(jù)的局面相比，生物化工行業(yè)依然是百花齊放，百家爭(zhēng)鳴。既有象諾華、捷利康等從事生命科學(xué)的世界性大公司，也有象DSM、諾和諾德等大型的精細(xì)化工公司，當(dāng)然也有在某一方面有專長的小公司如Altus等。而且，由于世界大公司正把注意力向生命科學(xué)部分轉(zhuǎn)移，生物化工行業(yè)百花齊放的局面在很長一段時(shí)間內(nèi)不會(huì)有什么改變。

1．2產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的生物化工行業(yè)主要是指抗生素（如青霉素等）、食品（如酒精、味精等）等行業(yè)，而在目前，它已幾乎滲透到人民生活的各方面如醫(yī)藥、保健、農(nóng)業(yè)、環(huán)境、能源、材料等。同時(shí)，生物化工產(chǎn)品也得到了極大的拓展：醫(yī)藥方面有各種新型抗生素、干擾素、胰島素、生長激素、各種生長因子、疫苗等；氨基酸和多肽方面有賴氨酸、天冬氨酸、丙氨酸、蘇氨酸、脯氨酸等以及各種多肽；酶制劑有160多種，主要有糖化酶、淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶、青霉素酶、過氧化氫酶等；生物農(nóng)藥有Bt、春日霉素、多氧霉素、井崗霉素等；有機(jī)酸有檸檬酸、乳酸、蘋果酸、衣康酸、延胡索酸、已二酸、脂肪酸、卜酮戊二酸、l亞麻酸、透明質(zhì)酸等。還有微生物法1，3．丙二醇、丙烯酞胺等。

目前，全球生物化工年銷售額在400億美元左右，每年約以7％～8％的速率增長。從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來看，生物化工領(lǐng)域生產(chǎn)規(guī)模范圍極廣，市場(chǎng)年需求量?jī)H為千克級(jí)的干擾素、促紅細(xì)胞生長素等昂貴產(chǎn)品（價(jià)格可達(dá)數(shù)萬美元／g）與年需求量逾萬噸的抗生素、酶、食品與飼料添加劑、日用與農(nóng)業(yè)生化制品等低價(jià)位產(chǎn)品（部分價(jià)格不到：美元／g）幾乎平分秋色。高價(jià)位的產(chǎn)品市場(chǎng)份額在50％～60％，低價(jià)位的產(chǎn)品市場(chǎng)份額在40％～50％。而且，根據(jù)近年來生物化工的發(fā)展趨勢(shì)及人們對(duì)醫(yī)藥衛(wèi)生的重視來看，高價(jià)位產(chǎn)品的發(fā)展速率高于低價(jià)位產(chǎn)品。

1．3技術(shù)水平

生物化工經(jīng)過80年代以后的蓬勃發(fā)展，不僅整個(gè)行業(yè)技術(shù)水平有大幅度提高，而且許多新技術(shù)也得到廣泛應(yīng)用。

1．3．1發(fā)酵工程技術(shù)已見成效

據(jù)估計(jì)，全球發(fā)酵產(chǎn)品的市場(chǎng)有120～130億美元，其中抗生素占46％，氨基酸占16.3％，有機(jī)酸占13．2％，酶占10％，其它占14．5％。發(fā)酵產(chǎn)品市場(chǎng)的增大與發(fā)酵技術(shù)的進(jìn)步分不開?，F(xiàn)代生物技術(shù)的進(jìn)展推動(dòng)了發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展，發(fā)酵工業(yè)的收率和純度都比過去有了極大的提高。目前世界最大的串聯(lián)發(fā)酵裝置已達(dá)75m＼許多公司對(duì)發(fā)酵工藝進(jìn)行了調(diào)整，從而降低了生產(chǎn)成本。如ADM（ArcherDanie1sMid1and）和Cargill公司在20世紀(jì)90年代初對(duì)其發(fā)酵裝置進(jìn)行改造，將以碳水化合物為原料的生產(chǎn)工藝改為以玉米粉為原料，從而降低了生產(chǎn)成本，ADM公司生產(chǎn)的賴氨酸成本比原先降低了一半。

1．3．2酶工程技術(shù)有了長足的進(jìn)步

酶工程技術(shù)包括酶源開發(fā)、酶制劑生產(chǎn)、酶分離提純和固定化技術(shù)、酶反應(yīng)器與酶的應(yīng)用。目前世界酶制劑從酶源開發(fā)到酶的應(yīng)用都已進(jìn)入了良性發(fā)展階段，各階段生產(chǎn)企業(yè)和用戶關(guān)系密切，合作廣泛。據(jù)報(bào)道，1998年全球工業(yè)酶制劑的銷售額為13億美元，預(yù)計(jì)到2010年將增長到30億美元，每年以6．5％的速率增長。其中食用酶占40％，洗滌用酶占33％，其它（主要是紡織、造紙和飼料等用酶）占27％。

1．3．3分離與純化技術(shù)也有很大進(jìn)步

影響生化產(chǎn)品價(jià)格的因素，首當(dāng)其沖的是分離與純化過程，其費(fèi)用通常占生產(chǎn)成本的50％～70％，有的甚至高達(dá)90％。分離步驟多、耗時(shí)長，往往成為制約生產(chǎn)的“瓶頸”。尋求經(jīng)濟(jì)適用的分離純化技術(shù)，已成為生物化工領(lǐng)域的熱點(diǎn)。已大規(guī)模應(yīng)用的分離純化技術(shù)有：雙水相革取、新型電泳分離、大規(guī)模制備色譜、膜分離等。

1．3．4上游技術(shù)廣泛應(yīng)用于下游生產(chǎn)

利用基因工程技術(shù)，不但成倍地提高了酶的活力，而且還可以將生物酶基因克隆到微生物中，構(gòu)建基因菌產(chǎn)生酶。利用基因工程，使多種淀粉酶、蛋白酶、纖維素酶、氨基酸合成途徑的關(guān)鍵酶得到改造、克隆，使酶的催化活性、穩(wěn)定性得到提高，氨基酸合成的代謝流得以拓寬，產(chǎn)量提高。隨著基因重組技術(shù)的發(fā)展，被稱為第二代基因工程的蛋白質(zhì)工程發(fā)展迅速，顯示出巨大潛力和光輝前景。利用蛋白質(zhì)工程，將可以生產(chǎn)具有特定氨基酸順序、高級(jí)結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)和生理功能的新型蛋白質(zhì)，可以定向改造酶的性能，從而生產(chǎn)出新型生化產(chǎn)品。

1．3．5新技術(shù)在生物化工中也得到了極大的應(yīng)用

比如，在超臨界液體狀態(tài)下進(jìn)行酶反應(yīng)，從而大大降低酶反應(yīng)過程的傳質(zhì)阻力，提高酶反應(yīng)速率。超臨界C02無毒、不可燃、化學(xué)情性、易與反應(yīng)底物分離。利用超臨界CO2取代有機(jī)溶劑進(jìn)行酶反應(yīng)，具有極大的發(fā)展?jié)摿?。又比如，微膠羹技術(shù)已被廣泛用于動(dòng)物細(xì)胞的大規(guī)模培養(yǎng)、細(xì)胞和酶的固定化以及蛋白質(zhì)等物質(zhì)的分離方面。

2．世界生物化工行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)

2．1工業(yè)結(jié)構(gòu)

行業(yè)與行業(yè)間的劃分將日趨模糊，企業(yè)間的合作將加大。目前，許多從事醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、環(huán)境、能源等方面生產(chǎn)的企業(yè)，正在從事生物化工生產(chǎn)。特別是某些從事傳統(tǒng)化工行業(yè)的生產(chǎn)廠家，也紛紛涉足生物化工領(lǐng)域。如杜邦公司，長期以來主要從事有機(jī)化工和聚合材料的生產(chǎn)，現(xiàn)在正加大生物化工的開發(fā)力度，已開發(fā)成功了生物法生產(chǎn)1,3-丙二醇工藝，并正在開發(fā)用改性大腸桿菌生產(chǎn)己二酸工藝。DSM公司以前主要從事抗菌素方面的生產(chǎn)，現(xiàn)也加大了生物化工的投資力度。

由于生物化工涉及面廣，許多生化公司都有自己的專長，它們之間為了商業(yè)利益的合作也非?；钴S。此外，隨著從事傳統(tǒng)行業(yè)的生產(chǎn)廠家的加入，由于技術(shù)與生產(chǎn)方面的原因，它們與從事生物化工開發(fā)與生產(chǎn)的企業(yè)合作也很頻繁。所有這一切，都使生物化工行業(yè)的合作越來越廣泛。如杜邦公司與杰寧科樂公司合作開發(fā)用生物法生產(chǎn)1，）丙二醇，進(jìn)一步生產(chǎn)PTT樹脂。荷蘭的Purac公司與美國Cagill公司合資建設(shè)年產(chǎn)3．4萬tL。乳酸裝置，并計(jì)劃進(jìn)一步發(fā)展到6．8萬V入DSM公司與美國Maxygen公司簽定了三年的研究合同，以利用Maxygen的

DNA重排和分子培養(yǎng)技術(shù)，開發(fā)在7一ADCA和其它青霉素生產(chǎn)中使用的酶和菌種。

2．2產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

生物化工產(chǎn)品正向?qū)I(yè)化、高科技含量、高附加值方向發(fā)展。傳統(tǒng)的低價(jià)位產(chǎn)品受到冷落，而高價(jià)位產(chǎn)品如生化藥物、保健品、生化催化劑等則備受青睞。許多公司為了追求較高利潤，都將低附加值的產(chǎn)品剝離。如日本武田藥品工業(yè)公司不再生產(chǎn)味精，轉(zhuǎn)而生產(chǎn)其它高附加值的調(diào)味品如肌甘酸二鈉（IMP）和鳥甘酸二鈉（GwtP）。另外，生物化工將涉足它以前很少涉足的領(lǐng)域如高分子材料和表面活性劑等。

生化藥物由于附加值高而成為今后生物化工領(lǐng)域發(fā)展的重點(diǎn)。1997年生化藥物市場(chǎng)銷售額達(dá)130億美元，其中細(xì)胞分裂素80億美元，激素30億美元，其它20億美元；就具體藥物而論，促紅細(xì)胞生長素35億美元，人胰島素18億美元，粒性白細(xì)胞克隆刺激因子16億美元，人生長激素15億美元，小干擾素11億美元。預(yù)計(jì)今后其市場(chǎng)銷售額還將以8％的速率增長。

在氨基酸方面，雖然用于藥物合成氨基酸的量相對(duì)較小，但其發(fā)展?jié)摿艽?。?jù)報(bào)道，500種主要藥物中，有18％含有氨基酸或其衍生物的合成。在藥物合成中，使用最廣泛的是L。脯氨酸、r苯甘氨酸和r對(duì)羥基苯甘氨酸。L。脯氨酸用于血管緊張素轉(zhuǎn)化酶（ACE）的合成，匹苯甘氨酸和r對(duì)羥基苯甘氨酸用于抗生素的合成。另外，多肽也是今后的發(fā)展重點(diǎn)之一。多肽是指有2以上氨基酸用肽鍵組成的化合物，在臨床上使用非常廣泛，主要用于治療癌癥、HIV病毒和兔疫系統(tǒng)功能減退、對(duì)傳統(tǒng)抗生素產(chǎn)生抗體的感染以及疫苗等。全球合成多肽原藥的產(chǎn)量在100kg左右，但銷售額達(dá)2．5億～3億美元，而做成制劑的銷售額則達(dá)25億～30億美元。多肽原藥需求量的年增長率在10％以上。

碳水化合物方面，用于臨床的碳水化合物受到人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。但是，用于臨床的碳水化合物結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如一對(duì)單糖，其不同的化學(xué)鍵就多達(dá)22種。因此，用化學(xué)法合成復(fù)雜的碳水化合物比較困難，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，而用酶法合成則是一條切實(shí)可行的途徑。

作為生化催化劑的酶，也將是今后發(fā)展的重點(diǎn)。1997年，生化用催化劑銷售額約1．3億美元，在過去的3～5年間，每年增長速率在8％～9％，預(yù)計(jì)在未來的3～5年間，將以同樣速度增長。生化催化劑主要用于手性藥物的合成。當(dāng)前，手性藥物已成為國際新藥研究與開發(fā)的新方向之一。

1997年手性藥物制劑世界市場(chǎng)的銷售額為879億美元，占藥品市場(chǎng)的28．3％，到2000年將達(dá)到900億美元。在未來的25年內(nèi)，約有一半的手性藥物要通過生化催化合成，因此，生化催化劑無論從需求量和需求種類來看，都具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

生化表面活性劑由于具有無毒、生物降解性好等優(yōu)點(diǎn)，今后可能成為表面活性劑的升級(jí)換代產(chǎn)品，但目前還處于探索階段。

生物化工在高分子材料、特殊化學(xué)品、生物晶片、環(huán)保等方面也將有極大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2．3技術(shù)水平

不斷提高菌株活力、發(fā)酵水平、生化反應(yīng)過程、分離純化水平，依然是生物化工面臨的課題。

在菌種開發(fā)方面，由于從20世紀(jì)70年代以來從自然界中篩選菌種以獲得新的代謝產(chǎn)物的機(jī)會(huì)明顯減少，人們便考慮利用已知菌種經(jīng)適當(dāng)改變其代謝特性后生產(chǎn)新的產(chǎn)品。如日本協(xié)和發(fā)酵公司已成功地把生產(chǎn)谷氨酸的菌種改為生產(chǎn)色氨酸。

在生化反應(yīng)器方面，反應(yīng)器放大一直是一個(gè)老大難的問題。因此，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)整個(gè)生化反應(yīng)過程進(jìn)行數(shù)字化處理，從而優(yōu)化反應(yīng)過程，是今后的發(fā)展方向之一。

在分離純化方面，親和層析受到廣泛重視，并有人研制了一種綜合專家系統(tǒng)軟件包，可在幾分鐘內(nèi)告知對(duì)方被分離物系的分離方法和順序，以便根據(jù)產(chǎn)品所需進(jìn)行取舍。

另外，在生化過程的在線檢測(cè)和控制方面，利用生物傳感器和計(jì)算機(jī)監(jiān)控，依然是今后的發(fā)展方向。

在酶催化反應(yīng)中將發(fā)展有機(jī)溶劑中的催化反應(yīng)。

生物上游技術(shù)的發(fā)展，將對(duì)生物化工產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。人們對(duì)從病毒、細(xì)菌、植物、動(dòng)物到人類基因組順序測(cè)定工作十分重視，并在此基礎(chǔ)上形成了基因許多產(chǎn)品一哄而上，盲目上馬，遍地開花，最終形成惡性競(jìng)爭(zhēng)，許多企業(yè)破產(chǎn)倒閉。在競(jìng)爭(zhēng)中生存下來的企業(yè)，也是元?dú)獯髠?，難以進(jìn)一步組織技術(shù)改造。如僅江蘇省停產(chǎn)的發(fā)酵生產(chǎn)線就多達(dá)上百條。另外，行業(yè)內(nèi)企業(yè)間的生產(chǎn)水平相差懸殊，企業(yè)技術(shù)裝備水平達(dá)到20世紀(jì)80年代以后國際先進(jìn)水平的僅占20％～30％，多數(shù)處于20世紀(jì)60～70年代水平。

二是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理，品種單一，低檔次產(chǎn)品重復(fù)生產(chǎn)，不能適應(yīng)需求。在我國高檔的醫(yī)藥生化產(chǎn)品如激素、生長因子、干擾素、藥用多肽等，有的產(chǎn)量很小，有的沒有生產(chǎn)，因此每年都需進(jìn)口。

三是在生產(chǎn)技術(shù)上，工藝、設(shè)備不配套，上下游技術(shù)不配套，產(chǎn)物的收得率低。我國雖然某些產(chǎn)品如檸檬酸、乳酸等發(fā)酵水平較高，但大多數(shù)產(chǎn)品的收率都低于國外，酶制劑的活力也明顯低于國外，生化反應(yīng)器和分離純化技術(shù)更是落后國外15～20年。每年都要花費(fèi)大量資金從國外進(jìn)口生物反應(yīng)器、細(xì)胞破碎機(jī)、分離純化設(shè)備及分離介質(zhì)、生物傳感器和計(jì)算機(jī)監(jiān)控設(shè)備。

四是有些產(chǎn)品投入產(chǎn)出比達(dá)15／＝以上，造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。

五是基礎(chǔ)研究薄弱，技術(shù)創(chuàng)新能力不強(qiáng)，企業(yè)的技術(shù)開發(fā)、技術(shù)吸收能力差，生產(chǎn)發(fā)展多數(shù)依靠傳統(tǒng)的夕蜒型、粗放型擴(kuò)大投資的增長模式，效益低、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力低。

3．2建議針對(duì)我國生物化工行業(yè)存在的問題，筆者有以下建議：

3．2．1擴(kuò)大經(jīng)濟(jì)規(guī)模，提高競(jìng)爭(zhēng)力要鼓勵(lì)建設(shè)大型的生物化工企業(yè)集團(tuán)公司，使之集科研、開發(fā)、生產(chǎn)、銷售干一體。尤其要培育一批科技創(chuàng)新型企業(yè)。同時(shí)，也要鼓勵(lì)在某些方面有一定特色的小型技術(shù)創(chuàng)新型生化公司的發(fā)展，并淘汰一批生產(chǎn)規(guī)模小、生產(chǎn)技術(shù)落后、沒有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的企業(yè)，從整體上優(yōu)化我國生物化工的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。

3．2．2調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)要發(fā)展高檔產(chǎn)品，如高檔醫(yī)藥生化產(chǎn)品、功能性食品及添加劑（主要有低熱值、低膽固醇、低脂肪、提高免疫功能、抗炎、抗癌等產(chǎn)品）、生化催化劑等。另外，也應(yīng)發(fā)展眾多精細(xì)化工產(chǎn)品及用化學(xué)法無法生產(chǎn)或很難生產(chǎn)的產(chǎn)品，如微生物多糖、生物色素、工業(yè)酶制劑、甜味劑、表面活性劑、高分子材料等。

3．2．3節(jié)約有限資源，強(qiáng)化環(huán)境保護(hù)在生化生產(chǎn)組學(xué)（genomics）。近年來又在信息學(xué)（informatics）的基礎(chǔ)上建立了生物信息學(xué)（bioinformatics）。信息學(xué)的內(nèi)容包括信息科學(xué)十生物技術(shù)十生物工程十生物動(dòng)力學(xué)等的綜合信息系統(tǒng)?？梢灶A(yù)見，基因組學(xué)和生物信息學(xué)在生物化工中應(yīng)用的商業(yè)前景極為可觀。

另外，其它行業(yè)的新技術(shù)如分子蒸餾技術(shù)、組合化學(xué)（combinatoricalchemistry）等，也將在生物化工中得到應(yīng)用。

3.我國生物化工的發(fā)層現(xiàn)狀及建議

3．1發(fā)展現(xiàn)狀

我國生物化工行業(yè)經(jīng)過長期發(fā)展，已有一定基礎(chǔ)。特別是改革開放以后，生物化工的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段。目前生物化工產(chǎn)品也涉及醫(yī)藥、保健、農(nóng)藥、食品與飼料、有機(jī)酸等各個(gè)方面。

在醫(yī)藥方面，抗生素得到迅猛發(fā)展61998年我國抗生素的產(chǎn)量達(dá)到33486h青霉素的產(chǎn)量居世界首位。其它生化藥物中，初步形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模的有干擾素、白細(xì)胞介素。2、乙型肝炎工程疫苗。

在農(nóng)藥方面，生物農(nóng)藥品種達(dá)12種，主要有蘇云金桿菌、井崗霉素、赤霉素等。其中，井崗霉素的產(chǎn)量居世界第一位。

在食品與飼料方面，作為三大發(fā)酵制品的味精、檸檬酸、酶制劑的產(chǎn)量也有很大的增加／1998年味精產(chǎn)量從1990年的22．3萬、增加到56．4萬一檸檬酸產(chǎn)量從1990年的6．13萬、增加到56．4萬一酶制劑從1990年的8．5萬t增加到24萬t。酵母及淀粉糖的產(chǎn)量也有明顯增加。我國的味精生產(chǎn)和消費(fèi)居世界第一，檸檬酸的生產(chǎn)和出口也居世界第一。另外，1998年乳酸的產(chǎn)量在1．5萬t左右，賴氨酸的產(chǎn)量在2萬t左右，卜蘋果酸的產(chǎn)量在6000t。

在有機(jī)酸方面，衣康酸的產(chǎn)量達(dá)5000乙我國開發(fā)的生物法長鏈二元酸工藝居世界領(lǐng)先地位，目前生產(chǎn)能力達(dá)500Va以上，并有數(shù)家企業(yè)有建設(shè)長鏈二元酸生產(chǎn)裝置的意向。

在保健品方面，我國已能用生物法生產(chǎn)多種氨基酸、維生素和核酸等。另外，我國生物法丙烯酞胺的生產(chǎn)能力達(dá)到2萬V山與日本同處于世界領(lǐng)先地位。

但是與發(fā)達(dá)國家相比，我國生物化工行業(yè)存在著許多問題：

一是我國的生物化工產(chǎn)業(yè)主要以醫(yī)藥、輕工、食品業(yè)為主。部分企業(yè)對(duì)生物化工產(chǎn)品大都是精細(xì)化工產(chǎn)品這一點(diǎn)了解不夠，加之行業(yè)規(guī)范也不夠，導(dǎo)致過程中，應(yīng)選擇合適的原料，以降低成本與消耗，并加強(qiáng)廢物處理，減少環(huán)境污染。

3．2．4提高生產(chǎn)技術(shù)水平，特別是下游技術(shù)水平因?yàn)槲覈锛夹g(shù)上游技術(shù)水平與國外相差僅3～5年，而下游技術(shù)水平則比國外相差15年以上，改造傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)，不斷提高發(fā)酵法產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)水平，開發(fā)生物反應(yīng)器，提高我國生物化工產(chǎn)品分離和提純技術(shù)，大規(guī)模開發(fā)生物化工裝備等應(yīng)首先提上議事日程。另外，還應(yīng)積極采用微生物法代替化學(xué)法，開發(fā)基礎(chǔ)化工新產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)。

3．2．5加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，注重上下游結(jié)合國內(nèi)生物化工技術(shù)力量分散，為了做到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，應(yīng)加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合。另外在生物化工生產(chǎn)過程中遇到的很多問題，都是由于上、下游結(jié)合不夠緊密而影響技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。因此，在人力和財(cái)力的投入上，應(yīng)考慮上下游結(jié)合，以加快生物化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

第9篇：生物信息學(xué)的前景范文

【關(guān)鍵詞】生物制藥；西藥制藥；車間

藥品是保證人們身體健康的基礎(chǔ)，是人類關(guān)心的問題。尤其是在近年來，伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和人類生活水平的提升，人們?cè)谌粘Ｉ钪袑?duì)于藥物也提出了新要求，各種安全、綠色、環(huán)保、高質(zhì)的藥品在人類生產(chǎn)和生活中所發(fā)揮的作用越來越突出，由此引發(fā)了人們對(duì)制藥工藝的研究和探索。西藥作為現(xiàn)代化醫(yī)藥體系中最為重要的一類，由于它本身是一種化學(xué)生產(chǎn)工藝，為此在加工與生產(chǎn)當(dāng)中各技術(shù)環(huán)節(jié)與工藝要求都極為嚴(yán)格，無論是工程技術(shù)手段還是工程管理策略，都必須要給予應(yīng)有重視。

一、西藥工程概述

我國是當(dāng)今世界上人口最多的國家，健康問題已成為我國當(dāng)今社會(huì)發(fā)展中最為關(guān)心的問題，也是影響我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素之一。伴隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和人民生活水平的提升，人們?cè)谏钪袑?duì)于自身的健康也提出了新要求，對(duì)于保障健康的藥物也給予了新看法。在這種社會(huì)背景下，西藥制藥工程迎來了發(fā)展的黃金時(shí)期，其應(yīng)用前景日益深入，應(yīng)用技術(shù)措施十分的嚴(yán)格。

1、西藥工程概況

一般來說，西藥制藥主要指的是通過化學(xué)反應(yīng)的方式來消融原材料，使得其中雜質(zhì)、污物和不良成分及時(shí)的去除，生成一種新物質(zhì)，是應(yīng)用現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)手段和理念進(jìn)行可靠操作和制作的一個(gè)綜合性生產(chǎn)工藝。在當(dāng)今的臨床診療和救治中，西藥的應(yīng)用范圍極為廣泛，它在研制的過程中是從西藥物質(zhì)基礎(chǔ)的角度出發(fā)進(jìn)行的，是通過解決當(dāng)今存在的化學(xué)穩(wěn)定性問題和藥效問題來進(jìn)行優(yōu)化的。在工作的過程中，也就是說西藥制藥工藝的開展主要需要解決的重點(diǎn)在于怎么樣在工作中應(yīng)用快速、安全的技術(shù)手段來生產(chǎn)出可靠的藥物成分，為醫(yī)療工作的開展和人類健康提供物質(zhì)保障。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，以現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)技術(shù)、遙控技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)為主的新技術(shù)體系在制藥工藝中得到廣泛的應(yīng)用，這使得整個(gè)制藥流程變的更加的精確化、完善化，其整個(gè)功能得到了有效的發(fā)揮。

2、西藥制藥工程的發(fā)展前景

近些年來，需要制藥工程的發(fā)展得到了前所未有的進(jìn)步，但是就整體發(fā)展現(xiàn)狀而言還不甚理想。尤其是在近些年來，各種藥物安全問題時(shí)有發(fā)生，給整個(gè)制藥行業(yè)的發(fā)展帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，同時(shí)也可為給制藥工藝的引用提供了新的機(jī)遇。目前國內(nèi)不斷推出的各種只要政策很適合我國制藥行業(yè)的發(fā)展，這使得整個(gè)行業(yè)迎來了發(fā)展的新機(jī)遇。尤其是在西藥制取工藝當(dāng)中，我國的設(shè)計(jì)能力、技術(shù)能力以及設(shè)備都得到了進(jìn)一步的提升，逐漸縮小了與西方國家之間的差異，為我國制藥工程的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

二、常見的西藥制藥工藝

我國是當(dāng)今世界上人口最多的國家，同樣也是一個(gè)用藥量極多的國家之一。但是因?yàn)槲覈纳鐣?huì)經(jīng)濟(jì)影響，使得我國的藥品安全問題一直都未曾得到有效的解決，就整體趨勢(shì)而言還存在著嚴(yán)重的不足和缺陷。就我國的西藥生產(chǎn)工藝進(jìn)行分析，無論是在技術(shù)、設(shè)備還是理念上，都與西方法多發(fā)國家存在著嚴(yán)重的差異，技術(shù)落后、生產(chǎn)觀念不嚴(yán)謹(jǐn)、生產(chǎn)方式不科學(xué)等問題時(shí)有發(fā)生，這使得整個(gè)藥物生產(chǎn)存在著嚴(yán)重的影響?；谶@種社會(huì)背景下，以現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)應(yīng)用為基礎(chǔ)的制藥新工藝逐漸受到人們的重視，也得到人們的認(rèn)可，它在整個(gè)制藥領(lǐng)域中發(fā)揮出重要的作用和意義。就當(dāng)今常見的西藥制藥工藝進(jìn)行分析，其主要的工藝如下：

1、生物制藥技術(shù)分析

在現(xiàn)代化西藥制藥生產(chǎn)當(dāng)中，生物制藥技術(shù)的應(yīng)用最為常見，它是基于現(xiàn)代化生物學(xué)理論基礎(chǔ)上形成的一種制藥新技術(shù)和新工藝。所謂的生物制藥技術(shù)或稱生物藥物（biopharmaceutics）是集生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)的先進(jìn)技術(shù)為一體，以組合化學(xué)、藥學(xué)基因（功能抗原學(xué)、生物信息學(xué)等高技術(shù)為依托，以分子遺傳學(xué)、分子生物、生物物理等基礎(chǔ)學(xué)科的突破為后盾形成的產(chǎn)業(yè)?，F(xiàn)在，世界生物制藥技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化已進(jìn)入投資收獲期，生物技術(shù)藥品已應(yīng)用和滲透到醫(yī)藥、保健食品和日化產(chǎn)品等各個(gè)領(lǐng)域，尤其在新藥研究、開發(fā)、生產(chǎn)和改造傳統(tǒng)制藥工業(yè)中得到日益廣泛的應(yīng)用，生物制藥產(chǎn)業(yè)已成為最活躍、進(jìn)展最快的產(chǎn)業(yè)之一。

生物學(xué)的革命不僅依賴于生物科學(xué)和生物技術(shù)的自身發(fā)展，而且依賴于很多相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)走向，例如微機(jī)電系統(tǒng)、材料科學(xué)、圖像處理、傳感器和信息技術(shù)等。盡管生物技術(shù)的高速發(fā)展使人們難以作出準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，但是基因組圖譜、克隆技術(shù)、遺傳修改技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)工程、疾病療法和藥物開發(fā)方面的進(jìn)展正在加快。

除了遺傳學(xué)之外，生物技術(shù)還可以繼續(xù)改進(jìn)預(yù)防和治療疾病的療法。這些新療法可以封鎖病原體進(jìn)入人體并進(jìn)行傳播的能力，使病原體變得更加脆弱并且使人的免疫功能對(duì)新的病原體作出反應(yīng)。這些方法可以克服病原體對(duì)抗生素的耐受性越來越強(qiáng)的不良趨勢(shì)，對(duì)感染形成新的攻勢(shì)。

除了解決傳統(tǒng)的細(xì)菌和病毒問題之外，人們正在開發(fā)解決化學(xué)不平衡和化學(xué)成分積累的新療法。例如，正在開發(fā)之中的抗體可以攻擊體內(nèi)的可卡因，將來可以用于治療成癮問題。這種方法不僅有助于改善癮君子的狀況，而且對(duì)于解決全球性非法貿(mào)易問題具有重大影響。

2、徑向膜層析技術(shù)

傳統(tǒng)的層析技術(shù)往往采用長軸流向設(shè)計(jì)，雖然為廣大的科技工作者運(yùn)用，但依然存在許多缺點(diǎn)： （1） 流速較慢，層析耗時(shí)長效率低；（2） 層析過程中壓降較大，增加了對(duì)設(shè)備的要求；（3） 層析條件不易放大，若想放大規(guī)模，需重新摸索分離條件，為重組蛋白的大規(guī)模分離純化提出了難題。80年代中期國際上提出了一種稱為徑向?qū)游觯≧adial Flow Chromatography）的新技術(shù)。80年代后期，徑向?qū)游鲇纸Y(jié)合膜分離處理量大的優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展成徑向膜層析技術(shù)，在原理上解決了上述問題。徑向膜層析柱常采用螺旋卷式膜組件結(jié)構(gòu)，流動(dòng)的方向是從層析柱的圓周流向柱的圓心，即徑向流動(dòng)。由于這一原理，與傳統(tǒng)的軸向?qū)游鲋啾?，徑向?qū)游鲇幸韵聨讉€(gè)優(yōu)點(diǎn)： （1） 流向的截面積加大，即使在流速高時(shí)壓降仍很低，因而純化速度快處理量大。（2） 保持柱徑不變，無需改變其它分離條件，僅增加柱長就可以增加上樣量，因而有利于放大生產(chǎn)。

三、小結(jié)

西藥制藥技術(shù)的提高是綜合當(dāng)前的生物技術(shù)、基因技術(shù)為一體的生產(chǎn)模式，各個(gè)生產(chǎn)企業(yè)和單位在制藥的過程中結(jié)合科學(xué)技術(shù)綜合分析與利用是保證當(dāng)前易學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵，更是為西藥制藥提出良好發(fā)展前景的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)