生物信息学:生物实验数据和计算技术结合的新领域

大量的蛋白质和核酸数据的积累与理性地分析这些数据中所蕴涵的生物学意义的以重需要,产生了综合生物学研究与计算技术研究等领域最新的交叉性学科“生物信息学”、分别从基因序列或蛋白质结构等生物信息数据库、基因组分析或蛋白质结构分析等常规生物学计算软件、基因组数据库检索或蛋白质空间结构识别与预测等在线生物学计算服务器、人工生命等几个方面,概述了发展中的生物信息学的最近动态和有关信息,并同时提供了相关的热门生     

计算生物学

计算生物学(computational biology)是一门典型的交叉学科,涉及的学科包括数学、统计学、化学、物理学、生物学和计算机科学等.就整个学科的内容而论,计算生物学最终是以生命科学中的现象和规律作为研究对象,以解决生物学问题为最终目标,数学和计算机仅仅是解决问题的工具和手段.     

大规模蛋白质相互作用数据的分析与应用

蛋白质相互作用在生命活动中起着重要的作用. 目前已开发出几种实验和计算方法能够得到大规模蛋白质相互作用数据. 但是, 与传统的实验结果相比, 蛋白质相互作用大规模数据中存在着比例较高的假阳性. 为了能够充分利用这些数据, 需要建立生物信息学方法对这些数据进行系统的评价, 进而提高数据的可信度, 并从中挖掘出有价值的生物信息. 本文对目前蛋白质相互作用大规模数据的计算分析和应用进行了总结, 包括蛋白质相互作用数据评估方法、与蛋白质其他信息的关系以及在生物学研究中的应用, 并提出了开发分析和挖掘蛋白质相互作用数据工具的主要方向, 以期有助于这些数据的研究和应用.     

秩和基因选取方法及其在肿瘤诊断中的应用

根据基因表达谱进行肿瘤诊断是当今生物信息学领域中的一个重要研究方向, 其中最主要的问题是肿瘤相关基因的选取. 根据统计学中的秩和检验方法提出了秩和基因选取方法. 并利用支持向量机(SVM)对相关基因表达谱数据进行训练建立肿瘤诊断模型. 实验表明这种方法与模型可使得在结肠数据和白血病数据上的诊断正确率分别达到96.2%和100%.     

从数据自动学习的智能神经网络

众所周知,神经网络在模式识别问题上有着广泛的应用[1],近十几年在生物信息学中神经网络也有很好的表现,例如预测蛋白质的二级结构[2],识别各种具有重要生物学意义的序列模体(motif)等等[3].     

细胞外囊泡及其在疾病诊疗中的应用

细胞外囊泡(extracellular vesicles, EVs)是细胞分泌的一种脂质囊泡,尺寸介于30～5000 nm.通过不同的发生机理, EVs可以形成微囊泡体(microvesicles)、凋亡小体(apoptotic bodies)和外泌体(exosomes)等.它们通过携带母细胞的不同脂质、蛋白质和核酸等活性成分来靶向附近或远端细胞,在细胞的信息交流及生理病理过程中均具有重要作用. EVs在生物体系内广泛存在,其生物学功能也越来越多地被认识,或许正在成为一个"细胞外囊泡生物学"领域.对EVs性质的认识也促进了相关应用研究,涉及疾病诊断、治疗和药物运送等.本文重点阐述了EVs的生物起源、生物组成、生物学特性、生物学功能、制备和表征手段,并针对EVs在疾病诊疗中的应用所面临的问题开展讨论.可以预期,对EVs形成和调控机理的深入认识,一方面有助于我们更好地理解EVs的生物学功能、异质性和功能多样性;另一方面有可能基于这些知识来解决EVs开发应用中的瓶颈问题.     

普及大分子从头算大有希望的新途径——直接自洽场法(DSCF)

从头算法应用于原子簇化学、生物学、药物学等领域,要求处理的分子体系往往很大。扩大计算容量和降低费用是十分关键的问题。但传统的自洽场法的发展遇到了三大障碍:(1)CPU限制;(2)I/O限制(即输入输出限制)和(3)大分子叠代收敛问题。70年代以来,计算     

北方生物信息学研究会成立

北方生物信息学研究会于３月２日在北京成立． 生物信息学是当今自然科学的重要前沿领域,它的特点决定了它的发展必须依靠生物学、物理学、数学、计算机技术等各领域的专家联合,发挥综合优势．我国的生物信息学研究刚刚起步,与国际领先水平有很大差距．为了尽快缩短与国际水平的距离,促进生物信息学的研究与发展,在北京市科学技术委员会倡导下,清华大学、中国科学院等单位的生物信息学专家发起,北京生物技术和新医药产业促进中心组织策划成立了北方生物信息学研究会．研究会由北方地区从事生物信息学研究的,涉及生物、信息、物理、…     

以非天然核酸为遗传物质的人工生命构建

合成生物学/工程生物学通过设计、搭建生物部件甚至生物系统来构建具有新功能的人工生命.其研究内容主要分为3个层次:(1)将现有的天然生物模块进行设计和组装,构建不同于天然存在的调控网络,从而实现新功能;(2)通过人工基因组DNA的全合成进行新生命的构建;(3)通过化学合成部件(修饰核酸、蛋白质、脂类等)创建全新的生物系统乃至生命体.第3个层次的研究也称为化学合成生物学,本文主要集中讨论化学合成生物学中将非天然核酸替代DNA作为遗传物质从而构建人工生命的研究,简要介绍了非天然核酸化学修饰对其遗传物质功能的影响,及以其为基础的人工生命构建的研究现状.这将为我们探讨生命起源、进化甚至外星生命等问题提供新的思路.     

评介:《人类生物学》

牛津大学出版社1977年出版的《人类生物学——人类进化、变异、成长与生态学入门》(第二版)(Human Biology:An Introduction to Human Evolution,Variation,Growth and Ecology)是近年来人类学方面的一本好书。它应用生物学原理研究人类的各种问题,全面地论述并讨论了人类起源、演化、遗传的原因,猿猴的特征和行为,人类社会发展和组织,人体生     

Monte Carlo方法计算薄膜中(基于一定衬底)背散射电子空间分布

入射电子、背散射电子在薄膜材料中的作用范围及密度分布是从事薄膜X射线显微分析(FXMA)、透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)工作的学者十分关心的课题。然而,这方面的理论计算结果至今未见报道。 电子束显微分析工作中,“薄膜”是指厚度小于电子透射深度的一类样品.若薄膜基于一定衬底上,这要涉及电子在多层介质中散射问题。本文用Monte Carlo方法计算了一定衬底薄膜中入射电子(IE)、背散射电子(BSE)空间分布及BSE能量分布,讨论了有关规律。     

稻瘟病菌坏死和乙烯诱导肽1样蛋白的原核表达、纯化与活性分析

坏死和乙烯诱导肽1(necrosis and ethylene-inducing peptide 1, Nep1)样蛋白(Nep1-like proteins, NLPs)是一类广泛存在于细菌、真菌及卵菌中的分泌型蛋白.本研究通过生物信息学分析了稻瘟病菌中的4个坏死和乙烯诱导肽1样蛋白的家族基因成员的相关信息,克隆了它们的编码区序列,分别将它们构建到了pGEX-6P-1载体中.通过优化诱导条件对它们进行了原核表达、纯化,获得了相应的可溶性目的蛋白,进一步将纯化的目的蛋白注射到烟草叶片中,发现N端融合GST标签的MoNLP1、MoNLP4蛋白仍具有生物学活性,可以明显诱发烟草叶片组织产生细胞坏死.该研究为进一步深入研究该基因家族在稻瘟病菌中的功能与作用以及开发更多潜在的植物蛋白激发子奠定基础.     

青年科学家如何建立声誉

<正>想在一个领域获得尊重,科学家们不能只想着自己的工作,更要加强与他人的交流合作。霍利·比克(Holly Bik)拿到生物学学士学位后,用了不到十年的时间改变了自己。刚开始读PhD时,她还是一个有抱负的海洋生物学家,对线虫有着浓厚的兴趣,而今天她成为了一名备受关注的计算和进化生物学跨学科专家。她去往世界各地演讲,从社交媒体的使用到利用测序鉴定环境中的真核微生物。在英国伯明翰大学,她不仅推动着数据虚拟化平台Phinch的发展,还积极参与室内微生物群落进化和深海生物多样性的研究。     

Fitzhugh-Nagumo方程组初边值问题的整体存在性

本文考察下列描述神经脉冲传导的Fitzhugh-Nagumo方程组的初边值问题：■因为v代表电位，上述问题有明显的实际意义。对于问题（1），生物学上合理的假高为■以及地某一固定的T>0,■对于问题(1),在文献[1]中Schonbek曾应用收缩矩形的方法进行过讨论。除了(2)式和(3)式外,还在附加假设:     

百年动物克隆

生物学里有很多非常专业的词汇,其中只有为数不多的一些能够进入大众视野,而克隆就是这为数不多中的之一。克隆起源于发育生物学,其发展可以追溯到一个世纪前。文章简单介绍了克隆的含义和百年发展历史中的一些重要突破,并讨论相关的伦理问题及其发展过程对我们的启示,让大家可以对克隆有一个基本的认识。     

表皮葡萄球菌双组分调控系统的生物信息学分析

应用序列同源性比较及功能域分析等生物信息学手段, 从表皮葡萄球菌全基因组序列中发现16对双组分调控系统以及2个相对保守的功能域(HATPase_c和REC). 通过与金黄色葡萄球菌和枯草杆菌中的双组分调控系统基因比较, 预测表皮葡萄球菌中同源双组分调控系统基因可能具有参与调控细菌生长、生物膜形成、毒力因子表达等重要生物学功能. 对16对双组分调控系统基因的2个保守性功能域进行空间结构模建, 获得4个相似的组氨酸蛋白激酶HATPase_c功能域模拟结构以及13个相似的反应调节蛋白REC功能域模拟结构, 其中HATPase_c结构在AMP-PNP的结合部位形成袋状结构, 而REC结构中均包含3个天冬氨酸活性位点. 初步实验结果表明表皮葡萄球菌双组分调控系统保守性功能域的生物信息学分析可以为进一步开发相关治疗药物提供潜在的靶标.     

在总体生物学中使用随机积分的问题

二十世纪进入到七十年代以来,在总体生物学(即总体遗传学、数理生态学以及扩散理论)中,常常把生物个体(或群体)的变化、运动、迁移及扩散等过程,用伊藤(It(?))随机微分方程所描述的随机过程来表示.于是,为了求出伊藤随机微分方程的解过程,一般要引入不同意义的随机积分的概念.那末,总体生物学中的模型如何与这些积分一致呢?使用时又存在着哪些差别和困难呢?下面分别就这些问题     

浮萍的研究及应用

水生漂浮植物浮萍隶属于天南星科,共5个属, 36个种,其中的芜萍属是世界上最小的开花植物.浮萍个体微小(大小约0.5 mm～1.5 cm)、结构简单(仅由叶状体和假根组成)、无性繁殖快(约24 h翻一倍),富含淀粉和蛋白,对环境适应能力强,尤其对氮磷、重金属和有机污染物具有较强的富集能力,还广泛分布于世界各类淡水生境,如池塘、湖泊、稻田等.上述优势特征使浮萍在生物学、生物能源开发以及污染修复等方面的研究和应用取得了令人瞩目的进展.目前,近10个浮萍物种已经建立了高效的遗传转化体系,且常用浮萍植物,包括紫萍(Spirodela polyrhzia)、青萍(Lemna minor)、青萍(Lemna gibba)和芜萍(Wolffia australiana)已经完成全基因组测序,为利用分子生物学和生物信息学技术手段开发和挖掘浮萍中有重要应用前景的功能基因以进行浮萍品质改良奠定了基础.本文介绍了浮萍的起源、分类和进化,及其在形态解剖学、生理学、遗传转化和组学方面的研究,并详细阐述了浮萍在食品、饲料和生物能源开发,以及污染修复中的应用进展,最后对浮萍未来的研究方向和应用前景进行了展望,为开展浮萍基础生物学研究和资源利用提供参考.     

肿瘤生物学的研究进展

恶性肿瘤是当前危害人类健康最严重的一类疾病。为了攻克肿瘤,人们在各个领域(如流行病学,病因与发病学,诊断与治疗等等)对其进行了广泛的研究。然而,对恶性肿瘤来说,最核心的问题莫过于它的生物学问题。因为肿瘤作为人体的寄生物,一旦形成,它便成为一个独立的生命实体。只有解决了这个生命实体的生物学本质问题,才有可能攻克它。不仅如此,甚或对整个生命科学都会带来有益的启示与实际的帮助。本文拟就肿瘤生物学中最重要的方面进行讨论。     

C_(60)和C_(70)分子中杂化轨道问题

根据Pauling对杂化轨道的经典论述,Haddon在一组论文中提出了π轨道轴矢模型(π-Orbital Axis Vector)POAV,用以一般性的处理非平面有机共轭分子的杂化轨道和π轨道在空间的取向问题.但是POAV计算公式较繁,且必须借助于编写的计算机程序来实现计算.最近,陈琼也讨论了C_(60),C_(70)的轨道杂化问题,然而他们的π轨道取向是人为给出的,因此结果是近似的.我们在Haddon工作的基础上,由p轨道的矢量合成方案,结合POAV计算中的物理图象,简化了Haddon的处理,首次给出了C_(60)分子中碳原子杂化轨道和π杂化