【医学PPT课件大全】生物信息学概述

生物信息学概述
徐燕
❖ 生物信息学产生的背景 ❖ 生物信息学的定义和研究内容
❖ 生物信息学的研究方法 ❖ 软件开发
一、产生的背景
➢1990，由美国能源部(DOE)和国立卫生研究院(NIH)提出并提供资 助，被称为生命科学“登月计划”的人类基因组计划（Human Genome Project，HGP）。 ➢HGP的主要任务是：人类基因组以及一些模式生物体(细菌、酵母、 线虫、果蝇等)基因组的作图、测序和基因识别。即以测定基因组的 序列数据为出发点，随后对其进行分析解读，确定基因数量，预测 各基因的功能，搜索疾病基因，比较不同基因之间的差别，以达到 了解和认识生命的起源、重间和个体间差异的起因，以及疾病产生 的机制、长寿与衰老等生命现象的本质，并造福人类。 ➢该计划一经提出，很快扩展成为世界范围的研究计划。经过美、 英、13、法、德和中国科学家的共同努力， 至2000年6月26 日完成 了工作草图；至2001年2月12 日完成并公布了准确、清晰完整的人 类基因组图谱。
❖ Bioperl（http://bioperl.org） ❖ Bioperl是一个开放源代码的软件包，源代码可以免费下
❖ Phred采用快速傅立叶变换分析技术，从DNA测序所得到的图形 数据中提取DNA碱基排列顺序信息（即Base-Calling）。
❖ Phrap是一个基于Swat算法实现序列比较的软件，它能寻找序列 间的重叠部分，将高质量嵌合匹配的片段拼接成contig序列，最 后生成完整的DNA序列。
❖ Consed是图形化软件，可用于进一步分析phrap拼接的结果，检 查phrap拼接中的错误，从而提高拼接结果的质量。
二、定义和研究内容
❖ 1.定义
❖ 现代生物信息学是现代生命科学与信息科学、计算机科学、数学、 ❖ 统计学、物理学和化学等学科相互渗透而形成的交叉学科，是应 ❖ 用计算机技术和信息论方法研究蛋白质及核酸序列等各种生物信 ❖ 息的采集、存储、传递、检索、分析和解读，以帮助了解生物学 ❖ 和遗传学信息的科学。 ❖ 从其研究所涉及的学科上看，生物信息学是集生物学、数学、信 ❖ 息学和计算机科学一体化的一门新的科学； ❖ 从其研究的主要内容看，基因组信息学、蛋白质结构模拟以及药 ❖ 物设计是生物信息学三者有机结合的重要组成部分。
❖ 世界上第一台计算机是美国于1994年11月在实验室研 ❖ 制成功的。生物计算机的主要材料之一是生物工程技 ❖ 术产生的蛋白质分子，并以此作为生物芯片。在这种 ❖ 芯片中，信息以波的方式传播，运算速度比当今最快 ❖ 的计算机快10万倍左右，能量消耗仅为普通计算机的 ❖ 几亿分之一，而存储信息空间仅占百亿分之一。制造 ❖ 生物计算机，纳米技术是关键。
三、研究方法
❖ 借助于计算机科学、信息科学及其他学科的共同参与，人们发展 了生物信息的多种分析方法，其中最基本的方法有序列对比、结 构对比及功能对比预测法。
❖ ① 序列比对预测法 ❖ 序列比对是以核酸Fra Baidu bibliotek蛋白质序列为依据，来比较两个或两个以上
核酸或蛋白质在碱基、氨基酸水平上的相似性和不相似性。 ❖ ② 结构比对预测法 ❖ 结构比对的基本问题是比较两个或两个以上蛋白质空间结构的相
❖ 目前已经在国内逐渐流行起来。它使用Windows的窗口方式展示 各种管理和分析数据方法的功能，使用对话框展示出各种功能选 择项，只要掌握一定的Windows操作技能，粗通统计分析原理，
就可以使用该软件为特定的科研工作服务。
❖ 测序分析软件Phred/Phrap/Consed
❖ Phred/Phrap/Consed 是华盛顿大学开发的用于大规模DNA测序 的分析软件系统。该系统运行于UNIX环境下，包括phred 碱基读 取程序、phrap序列组装程序和consed图形化视图。
似性或不相似性。从方法学上来看有演绎法和归纳法两种：前者 是从一些基本原理或假设出发来预测和研究蛋白质的结构和折叠 过程；后者主要是从观察和总结已知结构的蛋白质结构规律出发 来预测蛋白质结构。 ❖ ③ 功能比对预测法 ❖ 蛋白质的功能预测是以目的蛋白为线索力图发现它和功能已知蛋 白的相似性。
四、软件开发
❖ SAS系统主要完成以数据为中心的四大任务：数 据访问；数据管理；数据呈现；数据分析。
❖ SPSS（Statistical Package for the Social Science）——社会科 学统计软件包是世界是著名的统计分析软件之一。
❖ 20世纪60年代末，美国斯坦福大学的三位研究生研制开发了最早 的统计分析软件SPSS，同时成立了SPSS公司，并于1975年在 芝加哥组建了SPSS总部。20世纪80年代以前，SPSS统计软件 主要应用于企事业单位。1984年SPSS总部首先推出了世界第一 个统计分析软件微机版本SPSS/PC+。
❖ SAS (Statistical Analysis System)是一个模块化、 集成化的大型应用软件系统。它由数十个专用模 块构成，功能包括数据访问、数据储存及管理、 应用开发、图形处理、数据分析、报告编制、运 筹学方法、计量经济学与预测等等。SAS系统基 本上可以分为四大部分：SAS数据库部分；SAS 分析核心；SAS开发呈现工具；SAS对分布处理 模式的支持极其数据仓库设计。
❖ 2.研究内容
❖ ①生物信息学虽涉及许多学科，但其内涵十分具体，范围非常明 ❖ 确。因其伴随基因组研究而产生的，因此其研究内容就紧随着基 ❖ 因组研究而发展，其核心是基因组信息学。 ❖ ②生物信息学还利用基因组中编码区的信息进行蛋白质空间结 ❖ 构的模拟和蛋白质功能的预测，并将此类信息与生物体和生命过 ❖ 程的生理生化信息相结合，阐明其分子机制，最终进行蛋白质、 ❖ 核酸的分子设计、药物设计和个体化的医疗保健设计。 ❖ ③生物芯片研究。生物芯片通常指通过微加工技术和微电子技术 ❖ 在固体芯片表面构建的微型生物化学分析系统，能够高速率、高 ❖ 通量地完成对细胞、蛋白质、DNA以及其他生物组分的检测并实 ❖ 现分析过程的连续化、集成化、微型化和自动化。