1、生物信息学,林昊 电子科技大学生物信息中心 TEL: 13678168394,课程设置,课时：48学时(24学时理论讲授，8学时讨论，16学时上机？) 教材：自编教材备用教材：陶士珩 编著生物信息学科学出版社 参考书目：,主要参考教材,生物信息学手册，郝柏林、张淑誉 编著， 上海科学技术出版社, 2002, 36元 Bioinformatics: sequence and genome analysis David W. Mount 科学出版, 2002 Theoretic-Physical Approach to Molecular Biology , 罗辽复 著，上海科学技术出版社，20
2、04，108元 人类基因组-我们的DNA，林侠 等 译，科学出版社，2003，48元,其它参考教材,生物信息学中的计算机技术 (美) Cyntbia Gibas 等著；孙超等 译 中国电力出版社，2002 49元 生物信息学-基因和蛋白质分析的实用指南, 李衍达、孙之荣 等译, 清华大学出版社，2001, 39元 生物信息学 赵国屏等编著 科学出版社，2002，26元 生物信息学概论 T. K. Attwood & D. J. Parry-Smith著；罗静初等译 北京大学出版社，2002，16.00元,其它参考教材,Instant Notes in Bioinformatics ，(影印版)
3、科学出版社, 2003, 32元 生物信息学网络资源与应用, 黄韧等,中山大学出版社，2003, 48元 生物信息学方法与实践, 张成岗, 贺福初. 科学出版社，2002，40元 生物信息学与功能基因组学，Pevsner J.著，孙之荣等译，化学工业出版社，2006 等等,答疑时间、地点,电子科技大学沙河校区逸夫楼341 只要我在办公室，随时欢迎 注意：过来前请电话联系，确保我在办公室 也可E-mail讨论(请注明自己的姓名),考试事宜：,考试形式： 闭卷考试60分 上机成绩20分 平时成绩20分 作业15分 出勤 其它,作业要求 1、按时完成，过时不候 2、杜绝抄袭，独立完成,课程的初步安排
4、：,绪论 文献检索 数据库 序列比对 数据库搜索 分子进化 基因组信息学 蛋白质组信息学 理论生物学,Review,一、什么是生物信息学 二、生物信息学的发展 三、重要的生物信息学站点,第一节、什么是生物信息学,1、定义 2、研究目标、任务和意义 3、主要研究内容 4、研究的基本方法 5、尚待解决的生物信息学问题,一般可理解为：利用数学、物理、化学的理论、技术和方法，以计算机为工具，对生命现象加以研究，得到深层次的生物学知识。 金山词霸：分析复杂生物资料的学科 请从google中输入： Definition of Bioinformatics生物信息学 得到怎样的结果？,相关概念,计算生物学：
5、更偏重计算、理论和方法 分子生物信息学：狭义的生物信息学，主要研究DNA和Protein 理论生物学：包含生物信息学 信息生物学：新概念，以生命信息的遗传，传输，调节和表达的基本规律为研究中心 系统生物学：研究生物系统组成成分的构成与相互关系的结构、动态与发生，以系统论和实验、计算方法整合研究为特征的生物学,2000年7月通过,实验生物学,理论生物学,计算生物学,分子生物信息学,生物信息学,Bioinformatics: Garbage in, Garbage out ?!“也许在物理学家看来，数学家百分之九十九的工作都没有价值，但是就是那百分之一的工作，能引发物理科学的大踏步前进，而这些进步
6、是本质的。”,物理科学发展对生命科学的启示,研究目标：揭示蕴藏在生物数据中的生物规律和内涵,研究任务： 收集与管理生物分子数据 对数据进行处理分析 为其它生物学研究提供服务（提供工具）,1.数据管理层面上：开发、设计一系列相关的工具，能够方便有效的获取、管理以及使用各种类型的数据和信息。 2.算法开发层面上：开发新的算法及统计学的方法来揭示大规模数据之间的联系。 3.研究对象层面上：分析和解释各种类型的生物学数据，包括核酸、氨基酸序列、蛋白质功能结构域以及蛋白质三级结构等。,研究内容,研究意义：,生物学从传统的实验科学转向实验、理论相互结合的科学 从理论上认识生物的本质的必要途径 人类健康、医
7、药卫生发展的新途径,碱基,基因组,蛋白质,表型,信息的存储 密码表的进化,单核苷酸多态(SNP) 基因识别 非编码区功能 基因演化 染色体分析 基因组比较,结构预测 定位预测 蛋白质修饰 蛋白质功能 蛋白质互作,表达网络 代谢网络 调控网络,基因组学,蛋白质组学,研究对象：,作 业： 碱基：为什么是四个碱基？为什么是三联体编码？为什么密码 表是这样排列的？基因组：人与人为什么长的不一样？那些“垃圾”DNA为什么会留下来？人类是怎样进化来的？人与鼠的基因组差别很小，但为什么物种间差异这样大？蛋白质：相同的氨基酸序列有相同的结构吗？每个氨基酸在蛋白质中的贡献都是相同的吗？蛋白质算不算遗传物质呢？为
8、什么蛋白质在生物学中是这样的重要？蛋白质是怎样运动的呢？网络：现在的数学方法能解决多少网络问题？表型与蛋白的关系是怎样的？每个人蛋白基本相同，为什么表型却不一样？回答以上问题，并在4月1日之前交。作业一,生物信息学相关知识的储备,生物学：分子生物学、分子遗传学、细胞生物学、生物化学 计算机：各种编程语言、数据库管理软件、网页制作 数学：数理统计、微分方程、混沌学、图论、模糊数学 自动化：决策理论、模式识别、数据挖掘、神经网络 物理：数学物理方程、量子力学、非平衡统计 化学：化学动力学,从事生物信息学研究的一般程序,1. 确立研究的生物学体系。例如：细胞有丝分裂过程；基因表达过程； 2. 确定研
9、究的问题。是否需要实验的支持？之前哪些计算方面的工作（文献调研）？ 3. 搜集数据 4. 构建模型、参数选择。 5. 计算结果分析，构建相应的计算工具/数据库/软件/在线网站，并与同类工具做比较。,1 Precise models of where and when transcriptionwill occur in a genome (initiation and termination)2 Precise, predictive models of alternative RNA splicing3 Precise models of signal transduction pathwa
10、ys;ability to predict cellular responses to external stimuli4 Determining protein:DNA, protein:RNA, protein:proteinrecognition codes5 Accurate ab initio protein structure prediction,Top ten challenges for bioinformatics,6 Rational design of small molecule inhibitors of proteins7 Mechanistic understa
11、nding of protein evolution8 Mechanistic understanding of speciation9 Development of effective gene ontologies: systematic ways to describe gene and protein function10 Education: development of bioinformatics curricula,Source: Jonathan Pevsner, author Bioinformatics and Functional Genomics Chris Burg
12、e at MIT,Top ten challenges for bioinformatics,第二节、生物信息学的兴起,1、生物信息学的起源2、生物信息学在国内的发展,bioinformatics,作为专有名词是由林华安博士在二十世纪80年代末（1987）创造的。然而自二十世纪六十年代起人们就已经逐渐利用信息学方法来加工、存储生物学数据，并借助计算机工具来进行序列分析。人们公认的生物信息学的创始人是Temple F, Smith,1955年出生于马来西亚。联合国Bioinformatics专家，University of Texas at Dallas分子与细胞生物学Adjunct Profe
13、ssor、中国科学院基因遗传研究所客座教授。1981年英国伦敦大学帝国学院(Imperial College, London University)毕业，1986年获得美国Rochester University生化物理学博士学位，30岁取得佛罗里达州立大学终生教授。1992年受聘担任美国国家癌症中心及美国国家科学基金会审核委员。1995年后，历任多家生物科技公司生化信息执行长、副总裁等高层管理职位。1997年，创立结合软件与数据分析的专业顾问公司D Trends，服务生物技术、制药及卫生保健等机构。,生物信息学之父林华安,林华安 （Hua A. Lim）博士简介,二十世纪五十年代，为储备期
14、1949年发现DNA中A=T，G=C 1951年Pauling与Corey提出蛋白质的螺旋和折叠结构 1953年Watson和Crick提出DNA双螺旋结构 1956年在美国田纳西州召开首次“生物学中的信息理论研讨会”,History of Bioinformatics,History of bioinformatics,二十世纪六十至七十年代，为萌芽期。 形成生物信息学最基本的研究内容和思路：序列比较。 1962年Zucherkandl和Pauling开创新的领域-分子进化 Margret Dayhoff 1967年收集蛋白质家族序列数据，形成蛋白质序列图谱集, 是PIR （Protein
15、Information Resource)的前身。 70年代的PAM矩阵（Percent Accepted Mutation matrices)，描述了进化过程中一个碱基或氨基酸残基产生变化的概率。 Needleman & Wunsch：1970年，序列比对算法是对生物信息学最重要的贡献。,History of bioinformatics,二十世纪八十年代，为形成期。数据的共享、新算法及计算工具的进步，改善了人类管理和利用分子数据的能力。代表： EMBL, Genbank, DDBJ三大分子数据库的国际合作 Smith & Waterman的局部比对算法（algorithm of local
16、 alignments）（公共子序列识别算法） Pearson &Lipman的FASTA序列比对及搜索工具,History of bioinformatics,1990s，高速发展期。以基因组测序与分析为代表。人类H.sapiens（人）基因组计划为推动者 第一个完成全基因组测序的细菌：流感嗜血杆菌（ H. influenzae, 1995年） 其它基因组计划（Gemone projects）: Mus. Musculus（家鼠）, C.elegans (线虫）, Lipman的BLAST,生物信息学发展过程中的里程碑性事件,生物信息学在国内的发展,与世界几乎同时开始生物信息学的研究二十世纪
17、六十年代已有研究；二十世纪八十年代，形成期；二十世纪九十年代，开始；1996年中国第一个生物信息中心在北京大学生命学院成立 目前已有一定规模的学者在从事生物信息学研究,第三节、 重要的生物信息站点,1、国外生物信息中心 2、国内生物信息站点3、其它有用的网址,生物信息中心的建立是为了更有效地利用生物信息数据资源，及时地交换信息、相互借鉴以及全球范围内的资源共享。因此也被称为生物信息门户网站。,国外生物信息中心,专业节点：欧洲生物信息研究所（英国，EBI）Sanger研究所（英国，Sanger） 国家节点：由政府机构指定，主要任务是为本国用户提供生物信息资源和生物计算服务，同时提供用户支持和培训
18、以及进行生物信息的研究和开发。如：瑞士节点SIB 澳大利亚节点ANGIS日本国立遗传学研究所（NIG）可参看郝柏林、张淑誉编著的生物信息学手册,美国国家生物技术与信息中心（NCBI） http:/www.ncbi.nlm.nih.gov/ 包含了公共数据库、生物信息工具及应用等多种资源。与很多生物信息软件相关的站点及资源有链接。,欧洲生物信息研究所 (EBI) http:/www.ebi.ac.uk/,日本 DDBJ： http:/www.ddbj.nig.ac.jp/,英国Sanger研究所网址：http:/www.sanger.ac.uk 主要提供基因 组研究相关的数据与分析工具,瑞士节点： http:/www.isb-sib.ch/,北京大学生物信息中心：http:/ 是EMBnet和亚太生物信息网络（APBioNet）的中国节点。,上海生命科学研究院生物信息中心： http:/www.biosino.org/,香港中文大学生物信息中心（HKBIC）： http:/www.hkbic.cuhk.edu.hk/,网址： http:/ for some biological informationhttp:/ (小木虫) http:/ (丁香园) http:/ (生物谷) http:/www.bio- (生物软件),
