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建议发展生物信息学(中国科学院院士 吴旻)[转贴] [复制链接]

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发表于 2002-9-20 18:40:08 |显示全部楼层
建议发展生物信息学

中国科学院院士 吴旻

  什么是生物信息学

  生物信息学(Bioinformatics)是80年代末随着人类基因组计划的启动而兴起的一门新的交叉 学科,最初常被称为基因组信息学。美国每年都要拨出相当大的经费支持生物信息学的发展。日本的经济近年来虽然不甚景气,但发展科学技术雄心却不见减弱,1998年用于发展基因 组生物信息学技术的经费是1997年的533%。

  广义地说,生物信息学是用数理和信息科学的观点、理论和方法去研究生命现象、组织和分 析呈现指数增长的生物学数据的一门学科。首先是研究遗传物质的载体DNA及其编码的大分 子蛋白质,以计算机为其主要工具,发展各种软件,对逐日增长的浩如烟海的DNA和蛋白质 的序列和结构进行收集、整理、储存、发布、提取、加工、分析和研究,目的在于通过这样 的分析逐步认识生命的起源、进化、遗传和发育的本质,破译隐藏在DNA序列中的遗传语言 ,揭示人体生理和病理过程的分子基础,为人类疾病的预测、诊断、预防和治疗提供最合理 和有效的途径。生物信息学已经成为生物医学、农学、遗传学、细胞生物学等学科发展的强 大推动力量,也是药物设计、环境监测的重要组成部分。

  生物信息学的成就和面临的挑战

  在信息科学中,生物信息学还是一名幼童,既不成熟,也不完善,但成长迅速,充满活力,给科学家提供了无限机会,仅就爆炸性增长的由DNA序列、蛋白质序列和结构的收集、整理 、储存、提取、加工这些看似简单的工作,也面临数据增长过快,各种各样数据库的种类愈 来愈多的困境,但这也提供了施展创造力的机会。坐在计算机面前敲动鼠标,就可以测览和 造访世界各数据库和站点,从英特网上卸下有用的工具,进行分析、对比,不用离开斗室就 进入了一个无边无涯的大空间(虚拟实验室),把全世纪的有关数据、图象、软件都调到你的 计算机里,为你的研究工作提供了前几年连想都不敢想的可能性。然而,数据和站点每时、 每日都在迅速增长。人们一天到晚、一年到头在计算机前,也未必能查遍所有的站点,搜集 到全部有关的资料,因此即使是搜寻和采集信息这个看似十分简单的课题,也仍是一个紧迫 的研究课题。我室的生物信息学家在1997年发展了一个生物信息搜索和导航系统,自1997年 11月13日上网后,立即受到国内外有关科学工作者的欢迎,就是这个道理。

  重要的是要从大量不联贯的信息中发现其中隐藏着的重要信息。基因组信息学的首要任务之 一就是发现新的基因和新的功能,如人基因组含有30亿对核苷酸,其中大约有10万个决定各 种性状和功能的基因。这些基因的定位和分离是当前科学家、医生和企业家们最感兴趣的。 连一个小耗子的肥胖基因都能卖上亿的美元。过去几十年中,科学家运用经典的遗传学分析 方法如功能克隆、定位克隆等方法,总共定位了大约2000个基因。几年前,美、法、英、加 、日等国的104位科学家,联合起来利用当时数据库中的45万个DVA小片段(称EST,表达序列 标签)和其它有关信息,在很短时间内(1996)就把16354个人类基因进行了定位。如今库中的 EST已超过150万个。人类10万个基因中的绝大多数大概都有其EST储存于库中,不用太多时 间就都能得到定位和分离。

  英国、美国、法国、德国和日本的大约600名科学家在90年代初联合起来,短短几年内即完 成了长达12068000个碱基对的酿酒酵母的全基因组测序,并找出5885个编码蛋白质的基因, 390个转录rRNA、snRNA和tRNA的基因,说明一个低等的真核竽物有6000多个基因就能行使生 命的一切主要功能了,而在这个计划开始前的数十年总共才有大约1000个基因通过遗传学分 析被鉴定。如此迅速的进展除得益于洲际大协作外,更重要的是由于信息科学的发展和渗透 ,这种跨越大洋的成面上千人的大协作本身只能在信息科学和计算机技术发展和普及的今天 才有可能实现。

  分子生物学家一直习惯于分离和分析一个一个的基因,如p53基因在恶性仲瘤或DNA受到损伤 时的改变和作用等。由于分子生物学技术的进步和数学家、信息科学家和计算机科学家的参 与,研究细胞全基因组在生理和各种病理过程中表达的动态变化的可能性已经出现。1997年 美国政府已斥巨资组织科学家们研究肺癌、乳腺癌、肠癌、卵巢癌和前列腺癌在癌变过程各 阶段中细胞全基因组表达的变化。这标志着生物科学正迈向一个新的水平,对于人们认识和 掌握生命的奥秘,用于提高健康水平,防治疾病和发展医药工业将产生不可估量的作用。

  由于数据库中储存的处于不同进化阶段物种的DNA序列和蛋白质信息与日俱增,继结构基因 组学和功能基因组学之后又出了进化基因组学。

  科学家们对处于不同进化阶段物种的基因组结构和功能进行比较分析,企图最终弄清人类10 万个基因的起源和进化、结构和功能的演变,发现其间的亲缘关系,像元素周期表那样把基 因和蛋白质分类、排序,得到生物学的周期表,根据基因在进化树上的位置,或一小段核苷 酸序列,或蛋白质的基序、模块、折叠等,即可预测其来源、结构、功能等。这项浩大的工 程显然需要大量生物信息学家长期不懈努力才能完成。

  建议

  生物信息学的特点是投资少,见效快,效益大,适合于我国的现实条件。即从英特网上源源 不断地采集数据,进行分析、归类与重组,发现新线索、新现象和新规律,用以指导实验工 作的设计,这是一条既快又省的科研路线,可避免不必要的重复,少走弯路,提高我国生物 科学的研究水平。关键在于有关学科之间的协作和加速培养一批在数学、物理、信息科学、 计算机科学以及分子生物学方面均有造诣的跨学科青年人才。这样的人才在当前全世界都十 分缺乏。

  我们如能充分发挥现有少数人才和单位的潜力,优势互补,协作起来,边做课题边培养研究 生,进而在某些有条件的大学里设置生物信息学志业,就能迎接21世纪的挑战。

摘自科学时报
嘘——千万不要告诉他们我做了好事,这会影响我的形象的!
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Pisces双鱼座 荣誉版主

发表于 2002-9-28 03:03:33 |显示全部楼层
谢谢了!

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