有關(guān)人肝臟蛋白質(zhì)組生物信息學(xué)探析

摘 要：人類肝臟蛋白質(zhì)組的研究離不開(kāi)生物信息學(xué)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持，本文結(jié)合現(xiàn)階段蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)研究以及實(shí)際試驗(yàn)需求，對(duì)生物信息學(xué)及蛋白質(zhì)組學(xué)進(jìn)行介紹，分別從蛋白質(zhì)相互作用、生物信息學(xué)和蛋白質(zhì)功能、生物信息學(xué)和蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)等方面對(duì)人肝臟蛋白質(zhì)組生物信息學(xué)研究，對(duì)人肝臟蛋白質(zhì)表達(dá)譜數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：肝臟；蛋白質(zhì)組；生物信息學(xué)；研究

中圖分類號(hào)：Q75

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，信息技術(shù)也得到進(jìn)步，軟硬件不斷推陳出新。生物信息學(xué)作為一門新的學(xué)科，為后基因組研究提供科學(xué)合理準(zhǔn)確的研究方法。和基因組時(shí)代的研究手段相比，蛋白質(zhì)組學(xué)也更加復(fù)雜，需要生物信息學(xué)與之相互結(jié)合，并且可以提供出更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。所以，生物信息學(xué)對(duì)肝臟蛋白組學(xué)相關(guān)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和應(yīng)用是未來(lái)生物信息學(xué)的重要發(fā)展趨勢(shì)。本文結(jié)合現(xiàn)階段蛋白組數(shù)據(jù)以及實(shí)際研究需求，對(duì)有關(guān)人肝臟蛋白質(zhì)組生物信息學(xué)進(jìn)行研究和探討，不足之處，敬請(qǐng)指正。

1 生物信息學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)概述

1.1 生物信息學(xué)

生物信息學(xué)是一門新興學(xué)科，主要是針對(duì)核酸、蛋白質(zhì)等，對(duì)原始生物信息的收集、分析、存儲(chǔ)以及處理等，利用計(jì)算機(jī)及生物醫(yī)學(xué)等工具進(jìn)行研究。其大約經(jīng)理了三個(gè)重要階段，首先是前基因組時(shí)代，包括數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、收索以及DNA蛋白質(zhì)序列的分析；其次是基因組時(shí)代，包括對(duì)基因進(jìn)行搜尋和識(shí)別，如何建立網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)等研究；最后是后基因組時(shí)代，包括大規(guī)模數(shù)據(jù)的分析及整合。

1.2 人肝臟蛋白質(zhì)組學(xué)

蛋白質(zhì)組是指所有基因代表的全部蛋白質(zhì)，及其存在的形式，實(shí)際上是一種完整生物體所表達(dá)的全套蛋白質(zhì)。具體而言，蛋白質(zhì)組和基因組的定義有很大差別，會(huì)根據(jù)組織、環(huán)境狀態(tài)等有所改變，不僅復(fù)雜多變，而且其種類數(shù)量在同一生物體同一環(huán)境下也有所區(qū)別，因此，對(duì)人肝臟蛋白質(zhì)組學(xué)的研究需要大量的數(shù)據(jù)，生物信息學(xué)與肝臟蛋白質(zhì)學(xué)的結(jié)合具有重要意義。

2 人肝臟蛋白質(zhì)組生物信息學(xué)研究

2.1 蛋白質(zhì)相互作用

按照生物分子相互作用，分別從數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠、網(wǎng)絡(luò)模塊以及信號(hào)傳導(dǎo)等方面進(jìn)行研究，對(duì)蛋白質(zhì)相互作用的不同功能模塊進(jìn)行定義，把蛋白質(zhì)指標(biāo)與生物信息學(xué)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，對(duì)酵母轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)及相關(guān)功能特征進(jìn)行總結(jié)，尋找不同物種代謝網(wǎng)絡(luò)功能和進(jìn)化的關(guān)系。信號(hào)傳導(dǎo)方面，發(fā)掘信號(hào)傳導(dǎo)子網(wǎng)絡(luò)，建立對(duì)傳導(dǎo)信號(hào)流方向的預(yù)測(cè)方法，這種方法對(duì)肝臟蛋白質(zhì)作用的方向性進(jìn)行定義，從而推斷出蛋白質(zhì)在網(wǎng)絡(luò)中處于信號(hào)通路，并且在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和蛋白質(zhì)功能等方面對(duì)信號(hào)傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行理解。網(wǎng)絡(luò)進(jìn)化方面，設(shè)計(jì)出基于KEGG數(shù)據(jù)庫(kù)的代謝網(wǎng)絡(luò)，分析蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)中酶進(jìn)化保守及拓?fù)渲g關(guān)聯(lián)的進(jìn)化距離確定模型。

人類肝臟蛋白質(zhì)之間的相互作用，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的生物學(xué)研究，利用質(zhì)控獲取核心數(shù)據(jù)，建立人類肝臟代謝網(wǎng)絡(luò)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及蛋白質(zhì)功能關(guān)系進(jìn)行分析，和人的代謝網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)展人類肝臟中有大量全基因組代謝網(wǎng)絡(luò)。

2.2 生物信息學(xué)和蛋白質(zhì)功能

生物信息學(xué)已經(jīng)經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，一方面可以對(duì)蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，另一方面能夠?qū)ξ粗虍a(chǎn)物從功能方面進(jìn)行預(yù)測(cè)。生物信息學(xué)常見(jiàn)的方法是進(jìn)行相關(guān)模式的識(shí)別，是通過(guò)已經(jīng)存在于蛋白質(zhì)序列結(jié)構(gòu)中一些特征模體，對(duì)人類肝臟蛋白質(zhì)性質(zhì)進(jìn)行識(shí)別。換句話說(shuō)就是從一些未知的新的蛋白質(zhì)序列中搜尋標(biāo)志性的已知的序列或者蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，從而建立相關(guān)模式，最后在已建的蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)中匹配相似模式，并對(duì)未知蛋白質(zhì)歸屬進(jìn)行確定，最后對(duì)蛋白質(zhì)的功能進(jìn)行預(yù)測(cè)。

很多基因是在特殊條件下才可以表達(dá)，普通的人工模擬環(huán)境無(wú)法正常激活。這種未知蛋白質(zhì)需要利用生物信息學(xué)及計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)，才可以獲取它的具體功能。

2.3 生物信息學(xué)和蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，蛋白質(zhì)組學(xué)的研究效率也得到極大程度的提高，蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)是代表蛋白質(zhì)組研究水平的重要標(biāo)志，截止到現(xiàn)在生物學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)的總數(shù)超過(guò)五百多個(gè)。蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)的類別有以下幾種：（1）按照生物數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)方式，包括層次型、網(wǎng)狀型、關(guān)系型以及面向?qū)ο笮?；?）按照數(shù)據(jù)存儲(chǔ)種類，包括一級(jí)結(jié)構(gòu)序列、三維結(jié)構(gòu)圖形、DAN和蛋白質(zhì)相互作用數(shù)據(jù)庫(kù)等。其中，一級(jí)結(jié)構(gòu)序列數(shù)據(jù)庫(kù)包括SWISS-PROT、MIPS、DOMO等，二維凝膠圖像數(shù)據(jù)庫(kù)包括WORLD-2DPAGE等，三維結(jié)構(gòu)圖形數(shù)據(jù)庫(kù)包括SCOP、WSISS-MODEL、CCDC等；（3）按照數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容進(jìn)行分類，包括蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫(kù)、結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)及功能數(shù)據(jù)庫(kù)等。其中，序列數(shù)據(jù)庫(kù)的功能是作為序列測(cè)定，包括PIR、GenPept等，一般是互相結(jié)合共同使用。結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)包括SCOP等是對(duì)蛋白質(zhì)間結(jié)構(gòu)關(guān)系進(jìn)行闡述。功能數(shù)據(jù)庫(kù)，包括GO數(shù)據(jù)庫(kù)等，是對(duì)蛋白質(zhì)的功能、細(xì)胞組等進(jìn)行闡述；（4）專業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)，是按照實(shí)際需求而建立的專業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)，包括EcoCyc、Wombase等。

3 人肝臟蛋白質(zhì)表達(dá)譜數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)分析

3.1 系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境

本系統(tǒng)是利用Eclipse3.1環(huán)境，是一種具有可視化、面向?qū)ο蟮沫h(huán)境，具有強(qiáng)大的功能，而且操作簡(jiǎn)便，集成了JSF等插件，便于進(jìn)行編寫和調(diào)試，Web是基于JSF的動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)，數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)層是已經(jīng)構(gòu)件好的ORM服務(wù)，從而可以完成Java對(duì)象和數(shù)據(jù)信息的轉(zhuǎn)換。

3.2 系統(tǒng)組成及其功能

人類肝臟蛋白質(zhì)表達(dá)譜數(shù)據(jù)庫(kù)的建立是一種Web應(yīng)用系統(tǒng)，可以利用計(jì)算機(jī)瀏覽器對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行操作，基于數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)研究，展示人類肝臟蛋白質(zhì)表達(dá)譜的一些研究情況，其中主頁(yè)上列出研究名稱，詳細(xì)信息頁(yè)面上包括項(xiàng)目的簡(jiǎn)要介紹、鑒定方法、統(tǒng)計(jì)信息等，詳細(xì)鑒定結(jié)構(gòu)列表中還有蛋白質(zhì)、肽段等數(shù)據(jù)信息展示。除此之外，還有數(shù)據(jù)檢索模塊，主要應(yīng)用于過(guò)濾標(biāo)準(zhǔn)，能夠自行對(duì)過(guò)濾及排序標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定制，從而獲取對(duì)應(yīng)的檢索數(shù)據(jù)。（1）蛋白質(zhì)信息，包括列表信息及詳細(xì)信息，其中詳細(xì)信息還包括一般信息、注釋信息以及詳細(xì)鑒定信息等；（2）肽段信息展示，包括肽段列表信息以及詳細(xì)信息，其中列表信息表示全部肽段列表，以及其中鑒定情況，假如列表是空的則表示無(wú)肽段信息，包括鑒定列表、肽段被PMF鑒定次數(shù)、PFF鑒定信息等；（3）非冗余蛋白質(zhì)組信息，該模塊主要展示項(xiàng)目中的列表信息，假如列表是空的則表示沒(méi)有相關(guān)信息；（4）數(shù)據(jù)檢索，本系統(tǒng)中數(shù)據(jù)檢索是在過(guò)濾標(biāo)準(zhǔn)定制的基礎(chǔ)上制定的功能，利用自行過(guò)濾定制及排序標(biāo)準(zhǔn)，從而得到檢索結(jié)果，以蛋白質(zhì)、肽段等形式表示。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，針對(duì)人肝臟蛋白質(zhì)組進(jìn)行生物信息學(xué)相關(guān)研究和探索，具體是從蛋白質(zhì)相互作用、蛋白質(zhì)功能及數(shù)據(jù)庫(kù)研究等幾個(gè)方面進(jìn)行探索，為人肝臟蛋白質(zhì)組進(jìn)行進(jìn)一步研究提供信息技術(shù)支持。本文對(duì)有關(guān)人肝臟蛋白質(zhì)組生物信息學(xué)進(jìn)行研究和探討，以期對(duì)于蛋白質(zhì)組的研究方面，起到一定的促進(jìn)作用。

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作者單位：新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院三全學(xué)院 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，河南新鄉(xiāng) 453003；新鄉(xiāng)市牧野區(qū)林業(yè)工作站，河南新鄉(xiāng) 453003