生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫及其利用方法

1、生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫及其利用方法摘要：闡述了生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫在生物信息學(xué)的發(fā)展過程中發(fā)揮的巨大作用；介紹了世界上主要的生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫及其分類和特點(diǎn)；論述了如何利用生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫；最后，對(duì)利用國際生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫促進(jìn)我國生物信息學(xué)的發(fā)展做出了展望。關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)庫；生物信息學(xué)；序列比對(duì)；數(shù)據(jù)挖掘知識(shí)發(fā)現(xiàn)；1生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫的產(chǎn)生從20世紀(jì)80年代末開始，伴隨著人類基因組計(jì)劃(HumanGenomeProjectHGP)的啟動(dòng)，生物信息學(xué)(B

2、ioinfmatics)這一由生物學(xué)、化學(xué)、物理、數(shù)學(xué)、信息科學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)等多學(xué)科交叉產(chǎn)生的新興學(xué)科蓬勃發(fā)展，并被許多著名科學(xué)家稱為21世紀(jì)自然科學(xué)的核心領(lǐng)域。生物信息學(xué)是計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)大發(fā)展及各種生物學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)迅猛增長形勢下發(fā)展起來的組織生物學(xué)數(shù)據(jù)，并從數(shù)據(jù)中提取新知識(shí)的一門學(xué)科，它主要研究生物系統(tǒng)中的信息現(xiàn)象、信息流及其相互作用和調(diào)控規(guī)律，是一門理論與實(shí)踐應(yīng)用并重的學(xué)科。1997年12月，中國科學(xué)院召開了以“生物信息學(xué)”為主題的第8

3、7次香山科技會(huì)議，來自海峽兩岸的30多位生物學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)和信息科學(xué)諸領(lǐng)域的專家學(xué)者出席會(huì)議，他們一致認(rèn)為“生物信息學(xué)處在重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)的前夜”。目前，生物信息學(xué)以核酸和蛋白質(zhì)等生物大分子數(shù)據(jù)庫及其相關(guān)的圖書、文獻(xiàn)、資料為主要對(duì)象，以數(shù)學(xué)、信息學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)為理論基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用軟件為工具，對(duì)海量生物原始數(shù)據(jù)進(jìn)行存貯、管理、注釋、開發(fā)和加工，使之成為具有明確生物學(xué)意義的生物信息，并進(jìn)一步通過對(duì)生物信息的查詢、搜索、對(duì)比、分析，

4、從中獲取基因編碼、基因調(diào)控、核酸和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)功能及其相互作用的知識(shí)。在掌握大量信息和知識(shí)的基礎(chǔ)上，探索生命起源和生物進(jìn)化，以及生物的個(gè)體發(fā)生、發(fā)育和遺傳之間的相互關(guān)系以及病變、死亡等生命科學(xué)中的重大問題，搞清它們的基本規(guī)律和時(shí)空聯(lián)系，建立類似于化學(xué)元素周期表的“生物學(xué)周期表”。生物信息學(xué)已成為整個(gè)生物學(xué)發(fā)展的重要組成部分，在今后性。生物信息學(xué)各類數(shù)據(jù)庫幾乎覆蓋了生命科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，如核酸序列數(shù)據(jù)庫、蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫、蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)

5、庫、文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫如Medline等，多達(dá)數(shù)百種。(2)數(shù)據(jù)庫的更新和增長很快。數(shù)據(jù)庫的更新周期越來越短，有些數(shù)據(jù)庫每天都要更新。數(shù)據(jù)的規(guī)模也以指數(shù)形式增長。(3)數(shù)據(jù)庫的復(fù)雜性增加，層次加深。許多數(shù)據(jù)庫具有相關(guān)的內(nèi)容和信息，數(shù)據(jù)庫之間相互引用，如PDB就與蛋白質(zhì)二級(jí)數(shù)據(jù)庫、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分類數(shù)據(jù)庫和蛋白質(zhì)折疊數(shù)據(jù)庫等幾十種數(shù)據(jù)庫直接關(guān)聯(lián)。(4)數(shù)據(jù)庫使用的高度計(jì)算機(jī)化和網(wǎng)絡(luò)化。越來越多的生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫與互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)結(jié)，從而為生物學(xué)家利用這些信息

6、資源提供了前所未有的機(jī)遇，特別是絕大多數(shù)網(wǎng)上生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫的信息資源可以免費(fèi)檢索或下載使用。4生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫的利用方法4.1運(yùn)用數(shù)據(jù)庫搜索及序列比較利用生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫對(duì)于許多新得到的序列，我們并不知道其相應(yīng)的生物功能。生物學(xué)研究人員希望能夠通過搜索序列數(shù)據(jù)庫找到與新序列同源的已知序列，并根據(jù)同源性推測新序列的生物功能。搜索同源序列在一定程度上就是通過相似比較尋找相似序列。在分子生物學(xué)中，DNA或蛋白質(zhì)的相似性是多方面的，可能是核酸

7、或氨基酸序列的相似，可能是結(jié)構(gòu)的相似，也可能是功能的相似。一個(gè)普遍的規(guī)律是序列決定結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)決定功能。所以當(dāng)研究序列的相似性時(shí)，我們最終希望根據(jù)這個(gè)普遍規(guī)律推測新序列相應(yīng)的結(jié)構(gòu)或功能，也就是發(fā)現(xiàn)新的生物分子數(shù)據(jù)的內(nèi)涵。這種方法在大多數(shù)情況下是成功的，當(dāng)然也有例外，同時(shí)也存在著這樣的情況，即兩個(gè)序列幾乎沒有相似之處，但分子卻折疊成相近的空間形狀，并具有相似的生物功能。4.2運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)利用生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫生物信息學(xué)的誕生及發(fā)展，使得核