生物信息学与计算机科学

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生物信息学与计算机科学

密苏里大学哥伦比亚分校 许东／文

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生物信息学(Bioinformatics)是在describe，store，analyze，or

20世纪9 izesuch

0年代才出现的一个新名 data”)。这一定义很具有

词，虽然作为一门新兴学科，但是 概括性，并能长期使用。目前生物信 物种内所有基因与其产物的活动及

对许多计算机工作者来说并不陌 息学主要研究的对象还是在生物和 作用，这些数据比序列来说又不知

生。事实上，生物信息学已经成为 医学的数据方面，特另Ⅱ是在分子水 要大多少。正是这一“数据爆炸”使

计算机科学的一个重要分支，或者 平上，包括蛋白质和核酸的分析。 得生物学成为一门高度量化的科学，

说计算机科学是生物信息学的主要 生物信息学的兴起是与人类基 并带来了生物信息学的繁荣。

支柱之一。另外两个重要支柱则是 因组的测序计划分不开的，人类基

生物学和统计学，数学、物理学、化 因组又被称为是我们生命的蓝图， 计算机科学与生命科学的

学、医学，以及工程都与之有密切 因为它作为遗传的载体，标志着人 相互作用

的关系。这里笔者主要就生物信息 类与其他物种的不同，另外，我们每 生物学的“数据爆炸”为计算机

学与计算机科学的关系作一点介 个人的基因组的差异在很大程度上 科学带来了巨大的挑战和机遇，传

绍，本文主要是针对计算机科学的 决定了个体的容貌和健康状况(例 统的计算机科学一般处理的数据要

研究者及学生，特别是对生物信息 如容易得什么病)。从计算机科学的 远远小于这一规模，如何处理、储

学研究有兴趣的人士。 角度，我们可以把人类基因组想象 存、检索、查询这些庞大的数据并非

成由三十亿个字符串(序列)组成， 易事。另外，许多生物数据中的误差

生物信息学的定义及兴起 代表了人体所有约三万个基因。可 较大，信噪比甚低，为分析数据带来

对于生物信息学的定义，一直 以想见，分析这样复杂的序列没有 了很大的困难。更为主要的是，生物

以来都有不同的看法。目前援引最 计算机是不可能的，再加上世界上 系统比一般的物理，工程系统要复

多的定义是美国卫生部给出的 万千变化的无数动物、植物、微生 杂得多，如何从各类数据中发现复

(http：／八^，、^n玑bisti．nih．gov／l生物物，其中数以百计的物种人们已经 杂的生物规律和机制，建立有效的

信息学是一门针对生物、医学、行为 完成了它们的测序工作，数万物种 计算模型，并以这些模型来进行快

和健康方面数据的发掘，而为相关 的测序任务将在今后十年内完成。 速的模拟和预测，指导生物学的实

的计算工具及方法进行研究、开发 不过序列只是一个开端，基因组给 验，辅助药物设计，改良物种用于造

及应用的学科，其研究范畴包括对 出的只不过是一个类似“元素周期 福人类可以说是计算生物学中最赋

这些数据的采集、表达、描述、储存、 表”的基本单元，正如少数几十种化 有挑战性并最具有影响力的任务。

esearch， 学元素可以组成丰富多彩的化学世 正是这些挑战给计算机科学带来了

分析和图形显示(“r

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appUcafion 界， 基因的表达、修饰及其相互作 新的机遇，带动了计算机科学大部

development，or

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putational approaches用，成为生命现象多彩多姿，奇妙深 分领域在生物信息学中的研究，包

theuseof 奥的一个基础。由于有了基因组这 括数据库、数据发掘、人工智能、算

expanding biological，