山東生物信息學(xué)技術(shù)發(fā)展的競爭態(tài)勢及對應(yīng)措施研究

賈愛榮 袁文鵬 張永剛 夏雪奎 劉新 劉昌衡

摘 要：在當(dāng)前國際國內(nèi)生物信息學(xué)激烈競爭、加速發(fā)展的宏觀背景下，該文通過對山東生物信息發(fā)展實際情況的分析，研究了山東發(fā)展生物信息學(xué)的總體戰(zhàn)略思路，選擇技術(shù)切入點和發(fā)展重點，探討可供操作的發(fā)展模式。該研究將為新世紀(jì)生物信息學(xué)發(fā)展的競爭態(tài)勢下山東省的應(yīng)對措施提供科學(xué)依據(jù)及相關(guān)政策建議。

關(guān)鍵詞：山東 生物信息學(xué) 競爭態(tài)勢 對應(yīng)措施

中圖分類號：O811 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）02（a）-0062-02

從20世紀(jì)80年代末開始，伴隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，一門新興學(xué)科—— 生物信息學(xué)（Bioinformatics）應(yīng)運而生。它的誕生和發(fā)展是應(yīng)時所需，是歷史的必然。尤其是20世紀(jì)末，生物科學(xué)技術(shù)無論在數(shù)量上還是質(zhì)量上都迅猛發(fā)展，這使生物科學(xué)數(shù)據(jù)資源得到極大豐富。數(shù)量巨大的多樣化生物學(xué)數(shù)據(jù)資源必然蘊含著許多揭示生命之謎的關(guān)鍵生物學(xué)規(guī)律，人們需要借助更強有力的工具完成復(fù)雜的分析。

1 生物信息學(xué)的產(chǎn)生

生物信息學(xué)的概念最早產(chǎn)生于1956年，在美國田納西州蓋特林堡召開的首次“生物學(xué)中的信息理論研討會”上。到1987年，林華安博士正式確立該研究領(lǐng)域名稱為“生物信息學(xué)”。生物信息學(xué)是研究生物學(xué)系統(tǒng)和生物學(xué)過程中信息流的綜合系統(tǒng)科學(xué)，最終目的是指導(dǎo)實踐，從本質(zhì)上講就是通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計算機科學(xué)來解決生物學(xué)問題。

2 我國生物信息學(xué)的發(fā)展

為了促進(jìn)生物信息學(xué)這一前沿領(lǐng)域的發(fā)展，我國逐年增加對該領(lǐng)域的研究投入：國家不僅在“863”計劃中專門設(shè)立生物信息技術(shù)主題，同時自然科學(xué)基金委員會也把該主題作為重要發(fā)展方向，該主題的立項工作也出現(xiàn)在“973”計劃中。在著名院士和教授的帶領(lǐng)下，生物信息學(xué)在各個領(lǐng)域取得了成績，取得許多在國際上都占有一席之地的成績。

目前，隨著人類基因組研究的展開，我國生物信息技術(shù)研究顯露出蓬勃發(fā)展的勢頭，不僅多家大學(xué)和研究機構(gòu)相繼成立了生物信息中心或研究所，同時生物信息學(xué)也出現(xiàn)在各大高校的研究和教學(xué)工作中，各大高校相繼設(shè)立生物信息學(xué)專業(yè)，并招收本科、碩士、博士研究生。

3 調(diào)查、評價山東省生物信息學(xué)競爭態(tài)勢

從國際宏觀角度來看，山東的生物信息學(xué)發(fā)展在總體上還比較薄弱，存在一些發(fā)展制約因素，但是從不同角度分析，山東的生物信息學(xué)又具有一定的實力和潛力。如果充分挖掘這些潛力，有望增強山東參與國內(nèi)外競爭的實力，加快山東生物信息學(xué)的發(fā)展。

3.1 數(shù)據(jù)庫的角度

山東省已經(jīng)擁有高性能的計算機系統(tǒng)—山東大學(xué)計算機機群系統(tǒng)，山東科大資源與環(huán)境工程學(xué)院應(yīng)用采用AMD64架構(gòu)的曙光天闊R210A服務(wù)器和Hyper Transport技術(shù)，以滿足系統(tǒng)對強大數(shù)據(jù)運算、處理的需求，同時利用D-LINK DGS-1248T高性能千兆以太網(wǎng)交換機將所有節(jié)點連接起來，有效實現(xiàn)所有計算節(jié)點的高速通信融合。高性能機群來建立的強大的應(yīng)用平臺，使得山東具有了一定的系統(tǒng)軟硬件環(huán)境，這對科學(xué)數(shù)據(jù)庫中海量數(shù)據(jù)資源的保藏、管理、服務(wù)和應(yīng)用具有重大的意義和作用。

3.2 數(shù)據(jù)分析技術(shù)的角度

對分子演化領(lǐng)域的研究最早產(chǎn)生于1962年，由Zuckerkandl和Pauling提出，其核心思想是把分子演化建立在序列變異分析與其演化關(guān)系聯(lián)系基礎(chǔ)上進(jìn)行研究。在八九十年代，國外生物學(xué)數(shù)據(jù)分析技術(shù)獲得突飛猛進(jìn)的發(fā)展。在2004年8月17日國際密碼學(xué)會議（Crypto 2004）在美國加州圣巴巴拉召開，山東大學(xué)的王小云教授做了有關(guān)破譯MD5、HAVAL-128、MD4和RIPEMD算法的報告。這種數(shù)據(jù)分析方式在網(wǎng)絡(luò)安全與信息傳送中具有重大意義。這在國際上占據(jù)了領(lǐng)先地位，說明山東在該領(lǐng)域具有一定的能力和潛力。

3.3 專業(yè)機構(gòu)的角度

山東省生物信息工程技術(shù)研究中心，成立于2001年2月，由山東省科技廳批準(zhǔn)，是山東省唯一一家專門從事計算生物學(xué)和生物信息學(xué)研究的科研機構(gòu)，中心包含生物信息學(xué)和計算生物化學(xué)兩個主要研究方向。山東省干細(xì)胞工程技術(shù)研究中心成立于2001年，由山東省科技廳批準(zhǔn)，以煙臺毓璜頂醫(yī)院和煙臺大學(xué)為依托，同年煙臺市科技局將其命名為”煙臺市生命科學(xué)技術(shù)研究中心”。山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院測序中心”成立于2006年。山東省具有生物信息學(xué)服務(wù)的機構(gòu)也相對較少，“生物信息學(xué)專業(yè)技術(shù)服務(wù)體系并不完善，顯示出山東省生物信息學(xué)研究力量薄弱這一現(xiàn)狀。

3.4 人才資源的角度

由于生物信息學(xué)需求迅猛，即使是像美國這樣的發(fā)達(dá)國家也面臨著供不應(yīng)求、人才匱乏的情況。生物信息學(xué)人才供不應(yīng)求。山東大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，2004年開始招生基因組與生物信息學(xué)專業(yè)。目前，山東從事生物信息學(xué)的隊伍還比較小，這與山東擁有眾多的高校、豐富的科技人才資源和比較好的科技環(huán)境還不太相配，成為制約山東生物信息學(xué)發(fā)展的一個因素。山東省需要在國內(nèi)外生物信息學(xué)人才緊缺的大背景下，把生物信息學(xué)人才培養(yǎng)作為工作重點，加大人才培養(yǎng)的資助力度，壯大從事該領(lǐng)域的人員隊伍，做到充分挖掘生物信息學(xué)方面的人才潛能，來增強在國內(nèi)外的競爭實力，有望使我省在國內(nèi)外同領(lǐng)域占有一席之地。

4 山東發(fā)展生物信息學(xué)的對應(yīng)措施建議

曾在山東大學(xué)任教的孫豐珠教授，主要從事計算機科學(xué)、生物學(xué)、數(shù)學(xué)和醫(yī)學(xué)的交叉界面問題的研究。他指出計算機、醫(yī)學(xué)、數(shù)學(xué)結(jié)合的原因之一在于，目前生物信息學(xué)在北美的迅速發(fā)展，人類基因工程基因組的完成以及大量數(shù)據(jù)庫的不斷增長，要求把數(shù)學(xué)、計算機應(yīng)用到大型數(shù)據(jù)的利用上。計算機、醫(yī)學(xué)、數(shù)學(xué)結(jié)合的原因之二在于，通過對IHMP和NIH ROD MAP的研究以及GEGS的科研目標(biāo)的實現(xiàn)，在3-5年內(nèi)建立十個整體研究中心，把數(shù)學(xué)、醫(yī)學(xué)、計算機、分子生物學(xué)等學(xué)科的交叉面作為高等研究人才的合作的目標(biāo)。孫教授還介紹了當(dāng)前醫(yī)學(xué)、數(shù)學(xué)、分子生物學(xué)的教育狀況，并通過引用了《自然》雜志上的一篇文章以及作此研究的世界著名大學(xué)的統(tǒng)計，來說明此項研究的重要程度。根據(jù)這一情況，山東省的生物信息學(xué)應(yīng)在全球生物信息學(xué)發(fā)展的大背景下，積極學(xué)習(xí)國內(nèi)外的先進(jìn)經(jīng)驗，依據(jù)自身條件，建立適合自己可操作的發(fā)展模式，使我省的生物信息學(xué)得到充分發(fā)展?？蓮囊韵聨讉€方面入手。

理論研究。生物信息學(xué)的發(fā)展離不開基礎(chǔ)理論研究，它對許多學(xué)科都提出了巨大的挑戰(zhàn)。在理論研究方面要繼續(xù)做好以下幾項工作：基因組結(jié)構(gòu)與遺傳密碼；基因序列信息分析；大規(guī)?；虮磉_(dá)譜分析；人類基因組信息結(jié)構(gòu)復(fù)雜性研究；基因表達(dá)調(diào)控研究；蛋白質(zhì)功能預(yù)測；算法及軟件開發(fā)。

軟件開發(fā)。目前，雖然生物研究軟件很多，但是軟件缺乏統(tǒng)一化標(biāo)準(zhǔn)，每個軟件軟件具有各自的輸入輸出格式，導(dǎo)致編寫新軟件時不能很好的利用現(xiàn)有的軟件資源。同時，不同軟件之間功能重復(fù)太多，導(dǎo)致生物學(xué)家選擇困難。解決這兩個問題需要詳盡的介紹各種軟件的功能特性和技術(shù)細(xì)節(jié)，并進(jìn)行比較。

集成數(shù)據(jù)庫。因特網(wǎng)是數(shù)據(jù)獲取的最佳選擇，將各自建立的數(shù)據(jù)庫連接到因特網(wǎng)中，不但可以快速高效的服務(wù)世界各地的科學(xué)家，而且還可以令我們自己享受到便捷的服務(wù)。

學(xué)科交叉。生物信息學(xué)是一門交叉學(xué)科，涉及到生物學(xué)、計算機學(xué)、數(shù)學(xué)，加強三門學(xué)科間的溝通，不僅可以促進(jìn)生物信息學(xué)自身的發(fā)展，而且可以成為促進(jìn)整個生物學(xué)發(fā)展的強大推力。

5 結(jié)語

在生物信息學(xué)方面，山東省的研究與國內(nèi)外一些知名研究機構(gòu)還有很大差距。如果想在生物信息學(xué)領(lǐng)域發(fā)展的前沿占有一席之地，就必須突出自己的特色，不能盲從，選擇正確的研究方向和方法是生物信息學(xué)專業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。

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