《生物信息学》课程标准

1、生物信息学课程标准第一部分 课程概述一、课程名称中文名称：生物信息学英文名称：Bioinformatics二、学时与适用对象课程总计40学时，其中理论课18学时，实习课20学时，考核2学时。本标准适用于四年制生物技术专业。三、课程地位、性质生物信息学是采用数学、统计学、和计算机等方法分析生物学、生物化学和生物物理学数据的一种综合学科。近二十年来，生命科学在分子水平上进行了广泛而深入的研究，随之而来的大量的数据结果需要处理，特别是生物化学、分子生物学以及遗传学的研究。这样就出现了生物信息学这门交叉学科。目前和未来的生物制药研发中，生物信息学处于非常重要的地位，大型数据库的建立、分子模建等生物信息

2、学方法的应用对于新药的开发起到了极大的推动作用。对于生物技术专业的本科生，了解生物信息学的基本知识及分析方法对他们将来从事的生物制药职业非常重要。本课程需要大量的分子生物学知识，因此需要在学生掌握分子生物学知识后进行学习。四、课程基本理念1. 培养高质量的科研人员生物信息学方法在未来的药物研发中将起到非常重要的作用，在基础生物学研究中也具有举足轻重的作用。掌握并熟练使用各种数据库和分子生物学软件可以帮助科研人员大大提高研究工作效率、掌握前沿的研究方法及进展。这同时也是从事分子生物学研究所需要掌握的必要技能。2. 生物信息数据库的学习生物信息学主要的任务就是处理生物学数据，因此目前已经产生了许多

3、生物信息学分析软件，包括大型商业软件以及一些自由软件。发达国家也建设了各种大型的分子生物学数据库，如：GenBank、EMBL、DDBJ等基因数据库以及各自的子数据库、衍生出来的蛋白数据库、结构数据库等等。生物信息学概论主要介绍各种大型分子生物学数据库、分子生物学软件的功能和使用。3. 科研思路的学习生物信息学与分子生物学关系密切，在学习生物信息学的过程中，学生可以体会各种科研课题的设计、需求，进一步锻炼科研思维，开拓眼界。4.实践与理论结合生物信息学是一门工具课，学会这些分析方法，离不开实践。本课程注重实践，设计了将近一半的计算机实习课时，考试也采用开卷式，让学生自己分析感兴趣的基因，注重本

4、课程的应用性。五、课程的设计思路在充分理解总参军训和兵种部印发的军队院校制定课程标准的基本要求精神的前提下，遵循现代医学人才培养的要求，第四军医大学生物信息学课程设计思路如下：1. 生物信息学课程的主要形式生物信息学有理论课、实习课。理论课的安排是先学习绪论，帮助学生了解生物信息学的发展历程，以及与分子生物学的关系。复习基础分子生物学和基因组的知识，为后面学习各种分子生物学数据库做准备。然后介绍美国生物技术中心（NCBI）的各种数据库的基本知识和使用方法，欧洲蛋白质分析数据工具集Expasy的内容和使用方法，以及欧洲分子生物学实验室资源（EMBL）。给学生介绍几种常用的分子生物学软件的使用方法

5、，在电脑中演示各种分析的操作。介绍生物信息的知识。最后给学生介绍我们开发的生物信息分析工具平台和综合生物信息分析工具平台EMBOSS的使用方法。考察方法也主要注重学生的实际应用能力。2. 生物信息学课程中的实习课设计思路本科生实习主要在计算机教室进行，教员对各种数据库的查询进行示教，学生对自己选择目标进行查询，以便熟悉各种数据库的使用方法，学生对一些生物信息软件进行操作，掌握实际的操作方法，并完成最后的测试题。主要注重培养学员的实践能力。第二部分 课程目标一、总体目标通过对生物信息学的学习，使学生熟悉和掌握一些大型分子生物学数据库的结构和内容、查询分子生物学数据库的方法、分子生物学常用软件的使

6、用方法，为将来从事的研究和开发做好充分的理论准备。二、分类目标（一）知识与技能1、基础理论知识生物信息学教学绪论部分主要以复习分子生物学和基因组学的基本知识为目的，各论部分主要要求学生掌握大型分子生物学数据库的组织结构和查询方法、一些常用分子生物学软件的使用方法和一些分子生物学工具平台的使用方法。通过系统学习生物信息学课程，应使学生熟悉分子生物学和基因组学的基本知识；了解并掌握大型分子生物学数据库NCBI、EMBL和Expasy的基本组织结构和使用方法；掌握常用分子生物学软件的使用方法，包括DNAstar、VectorNTI等软件；了解EMBOSS和抗体序列分析平台的工具种类和功能，初步掌握其

7、使用方法。2、基本技能通过学生学习要求掌握针对基因如何进行数据库查询、计算机软件分析其序列、可能的结构和功能。（二）过程与方法(1)多媒体信息化教学与传统教学手段的有机结合，大课讲授关于基因组学、蛋白组学的基本知识，数据库知识以及软件的应用方法，通过实习对如何查询数据库和计算机软件使用方法进行实践。(2)考核内容也涉及到了课堂所讲各种内容，考核学生自主利用数据库和软件的能力，主要考察学生在实践中应用知识的能力。(3)学科前沿知识的学习，初步了解各学科科研的前沿动态与科研工作的程序和方法，逐步熟悉各种科研方法，培养初步的科研思维。(4)网络学习拓宽知识面，增强自主学习与计算机网络应用能力。（三）

8、、情感态度与价值观通过理论、网络等方式为主开展教学活动，学员逐步树立正确的人生观和价值观，形成辩证唯物主义世界观和方法论，增强自主学习能力，领悟科研人员以本职工作为重、遵循科学规律的精神，开阔学生的思路，接触世界最先进的分子生物学和生物信息学研究成果，培养高质量的科研人才。第三部分 内容标准一、 教学内容与课时分配篇、章教学内容学时分配理论实验小计第一章绪论、生物大分子和遗传的分子基础66第二章常用分子生物学数据库61016第三章生物信息学软件和使用技巧268第四章生物信息资源22第五章抗体分析平台介绍246考核22合 计182240二、内容要点与基本要求（一）理论课【说明：教学内容划分为三级

9、，即核心内容、重点内容、一般内容。核心内容构成课程的主体框架，是教员必须在课堂上讲深讲透、学员必须掌握的内容；重点内容是核心内容的延伸和丰富，教员在课堂上可以少讲，但必须指导学员学习并熟悉的内容；一般内容指教员可以不讲，但学员必须通过自主学习并了解的内容】第一章 绪 论基本要求：了解人类基因组计划的目的和发展状况。掌握生物信息学和计算生物学的概念。熟悉生物分类的原则和不同模式生物的应用。熟悉生命大分子的种类和结构。熟悉遗传的分子基础基本知识。掌握基因组的基本概念，了解原核生物、真核生物和人类的基因组组成。重点：生物信息学与计算生物学的概念以及在生命科学中的应用。难点：基因组的概念和组成主要内容

10、教学要求教学方法与手段了解熟悉掌握第一节 人类基因组计划的进展方法：讲授法、信息化教学手段：电子幻灯一、人类基因组计划的提出二、人类基因组计划的进展1、各种模式生物的基因组测序进展2、人类基因组计划的完成3、人类基因组计划的测序策略三、计算生物学和生物信息学的概念第二节 生物分类和生物大分子的组成方法：讲授法、信息化教学手段：电子幻灯一、生物分类1、生物分类体系2、多种模式生物二、生物大分子1、生命大分子的种类2、糖类3、脂类4、蛋白质5、核酸、核苷酸第三节 遗传的分子基础 一、基因的概念和本质二、DNA的复制、转录和翻译三、基因组及基因结构1、基因组的概念2、原核生物基因组3、真核生物基因组

11、4、基因家族第一节 生物信息学数据库简介方法：讲授法、信息化教学手段：电子幻灯、实习、完成课题设计一、一级数据库（GenBank、EMBL、DDBJ、基因组数据库、蛋白质数据库、蛋白质结构数据库、蛋白质结构分类数据库）二、二级数据库（真核生物基因转录调控因子数据库TransFac、蛋白质序列功能位点数据库Prosite、蛋白质结构二级数据库DSSP、FSSP、HSSP）三、数据库格式简介：EMBL和GenBank主要内容和格式第二节 NCBI的数据库资源方法：讲授法、信息化教学手段：电子幻灯、实习、演示一、NCBI的主要数据库资源1、查询系统EnTrez2、PubMed3、在线人类孟德尔遗传数

12、据库OMIM 4、分类数据库和NCBI的书架5、Molecular Modeling Database（MMDB数据库）和Conserved Domain Database（CDD）数据库、Cn3D4.1软件的使用二、NCBI的Hotspot 1、Clusters of Orthologous Groups of proteins (COGs)：利用全基因组蛋白序列进行进化树分类2、Coffee break、Genes and Disease以及NCBI Handbook方法：讲授法、信息化教学手段：电子幻灯、实习、演示3、Electronic PCR在DNA序列中查询STS4、Gene Ex

13、pression Omnibus：基因表达数据库5、Human、mouse and rat Genome Resources：人、小鼠和大鼠的基因组资源6、Malaria genetics & genomics：疟原虫遗传学及基因组数据库7、Map Viewer：人类基因组作图浏览器8、dbMHC：提供人类主要组织相容性复合体的DNA序列和临床资料9、ORF Finder：查找开放读框的软件10、RefSeq：收录修订过的基因组DNA、转录子和蛋白质的序列11、Retrovirus resources：反转录病毒的序列资源12、SAGE：系列分析基因表达，大规模分析基因表达的方法13、

14、Spectral Karyotyping and Comparative Genomic Hybridization：光谱核型和比较基因组杂交资源14、VecScreen：查找DNA序列中有无载体序列污染的软件15、CGAP（Cancer Genome Anatomy Project ）Gene：查找基因信息的工具Chromosome：收录肿瘤染色体畸变的数据库，查找SNP的工具Tissues：不同组织中基因表达的信息Pathway：Biocarta公司制作的信号转导通路图Tools：CGAP基因表达分析工具的汇总第三节 ExPAsy蛋白质分析资源：综合的蛋白质分析工具网站一、蛋白质二维电泳、

15、图谱数据库二、大量的蛋白质分析工具：如序列特征分析工具、转录后修饰预测、二级结构预测、保守序列查找、多序列排列等第四节European Bioinformatics Institute（欧洲生物信息学研究所）的资源一、EBI的同源比较工具FASTA、MPsrch等二、GeneQuiz：分析基因功能的程序三、Dali：比较分子间三维结构的软件四、SRS综合分析工具：大量的分析软件和数据库，介绍使用方法第二章 常用分子生物学数据库基本要求：熟悉一些大型分子生物学网站资源，掌握各种数据库的查询方法。掌握美国国家生物技术信息中心网站各种资源的功能和使用方法。掌握欧洲生物信息研究所网站各种资源的功能和使

16、用方法。熟悉瑞士Expasy网站各种蛋白质分析资源的功能和使用方法。熟悉SRS综合工具的功能和使用方法。重点：美国国家生物技术信息中心网站各种资源的功能和使用方法难点：Expasy网站各种蛋白质分析资源的功能和使用方法。第三章 生物信息学软件及使用技巧基本要求：熟悉生物信息学软件的种类和不同的功能。掌握部分软件的常用功能和使用方法。包括Vector NTI的序列排列、序列格式转换、同源比较、模拟电泳等使用方法；DNAstar软件的酶切图谱构建、多序列排列、引物设计、蛋白核酸序列的编辑和分析等使用方法。重点：Vector NTI和DNAstar的序列排列、序列格式转换、同源比较、引物设计等功能使

17、用方法。难点：Vector NTI和DNAstar的其他功能。主要内容教学要求教学方法与手段了解熟悉掌握一、生物信息学软件的功能介绍方法：讲授法、信息化教学手段：电子幻灯、软件演示及完成作业二、部分常见功能的使用技巧1、包括Vector NTI的序列排列、序列格式转换、同源比较、模拟电泳等使用方法。2、DNAstar软件的酶切图谱构建、多序列排列、引物设计、蛋白核酸序列的编辑和分析等使用方法。第四章 生物信息资源基本要求：了解生物医学信息学的广泛含义、病理信息学涉及的主要内容、后基因组时代的主要研究目的和生物信息学在基础研究中的应用。重点：生物信息学在基础研究中的应用。难点：功能基因组学的研究

18、方法。主要内容教学要求教学方法与手段了解熟悉掌握一、生物医学信息学的广泛含义方法：讲授法、信息化教学手段：电子幻灯1、生物信息学2、生物成像学3、临床信息学4、公共卫生信息学二、病理信息学1、远程病理学2、虚拟切片三、后基因组时代的研究1、基因组注解2、比较基因组学3、功能基因组学4、结构基因组学四、生物信息学在基础研究中的应用1、基因组信息学2、蛋白质空间结构模拟3、药物设计第五章 抗体分析平台基本要求：了解体液免疫中应答抗体产生的机理，掌握关于免疫球蛋白基因分析多种工具的查询方法，包括VBASE、VBASE2、kabat、IMGT及WEB。重点：免疫应答抗体产生的机理。难点：kabat数据

19、库的组织和使用。主要内容教学要求教学方法与手段了解熟悉掌握一、体液免疫应答抗体的产生方法：讲授法、信息化教学手段：电子幻灯、数据库应用演示及实习1、抗体轻链的装配2、抗体重链的装配3、免疫重组4、Ig类型的转换二、抗体分析网络工具1、VBASE2、VBASE23、kabat4、IMGT5、WEB（二）实习课生物信息学是应用分子生物学、基因组学的基本知识进行研究的一种实践性学科，注重各种数据库和软件的应用。因此实习课是完成本课程教学必不可少的重要环节。生物信息学实习课的目的在于：通过实习不仅加深对大型数据库理论知识的理解，使所学的基本知识和基本理论进一步巩固和提高，而且掌握多种大型数据库的使用、

20、查询方法；通过实习课培养学生独立观察、发现问题、分析问题、解决问题的能力，使学生自己能够对特定基因的基因组结构、基因序列、编码蛋白的功能以及免疫学相关数据库的应用等进行分析。以系统掌握生物信息学的基本知识，并为以后的科研奠定一个良好的基础。 序号实 验 内 容学时要求实验类型分组要求必做选做演示验证综合设计自主1NCBI资源中的数据库应用61人1组2EBI的数据库应用21人1组3CGAP的数据库应用21人1组4Vector NTI软件的分析应用41人1组5DNAstar综合软件的应用21人1组6VBASE、VBASE2数据库的应用21人1组7Kabat、IMGT、WEB数据库的应用21人1组8

21、考试21人1组合 计22222022第四部分 实施建议一、课程教学实施建议（一）教学组织本门课程在学校训练部统一组织下实施教学。教学原则与方法：贯彻理论联系实际的原则，发挥教师的主导作用，调动学生学习的积极性，充分发挥学生的主动性和创造性。以课堂讲授、演示和计算机实习为主，发挥学生的自主学习能力，通过学生自己运用课堂讲授的知识，对自选的特定基因进行多方面的生物信息学分析，加强实践应用能力并扩大思路。为以后的科研工作打下坚实的基础。（二）教学方法在本门教学中应注意理论与实践的结合，强化和加深学生对基因组学、蛋白组学基本理论的理解。同时生物信息学侧重对数据库应用和分子生物学软件应用能力的培养，教学

22、中充分利用计算机网络资源，在实习课中自主分析基因的功能和结构，学活知识。1、讲课课前必须按课程标准规定，认真备课，必要时进行试讲。对重点、难点和新的教学内容，必要时可经集体讨论预讲，以保证教学质量。重视启发式教学，注意运用基因组学、蛋白组学的基础知识指导各种数据库的学习，通过对各种数据库的介绍加深基因组学和蛋白组学基础知识的理解。讲课中要坚持辩证唯物主义，在介绍数据库的同时，启发学生的科研思路。部分教学内容提倡在教员指导下学生自学，即能培养学员的自学能力又能弥补课堂教学不足，有助于扩大知识面。学员在听课前进行预习，听课时要集中注意力，课后认真复习教材，以消化和巩固讲授内容。2、实习包括数据库应

23、用、分子生物学软件应用的演示，以及学生选择特定基因进行多种数据库的查询和利用软件对其结构、功能进行分析。培养学员独立、综合分析的能力。引导学员充分利用所学的理论知识指导自己的实践。3、考核 学生自行选定感兴趣的基因，利用所学的各种生物信息学数据库和分子生物学软件对其进行分析，考察学生自主实践能力。试题应反映课程标准的要求。二、课程考核评价建议（一）教员授课质量评价对教学进行评价，可准确反映教学质量的水平，而反映教学质量的重要指标就是教师的教学能力，建立教师授课质量评价体系，可从学生评价、同行评价和教学管理部门评价等进行“三位一体”的总体评估。评价的指标主要包括：课堂内容融会贯通，讲解精炼；理论

24、联系实际，易于理解；层次分明，重点突出，不照本宣科；重点、难点内容讲深讲透；注重现代教育理论的应用；普通话授课，语言生动，快慢适中；熟练应用专业外语词汇；启发式教学，调动学生积极思维；结合教学内容重视素质教育和辨证唯物主义。（二）学员课程学业考核1 评价依据是本课程规定的课程目标、教学内容和要求。2考试时间：利用学员实习课时间自行完成各种分析试题。3考试方式、分制与解释 采用开卷的方式，利用计算机软件和网络，自行完成数据库的应用和软件分析。以百分制评分，60分为及格，满分为100分。4试题类型及权重 主要考察学生实际应用理论知识的能力，以学生自行完成查询为主。5.考试题样题（开卷作业形式）生物

25、信息学概论考试题选择与你感兴趣的一个基因，进行分析：查找到该基因的GenBank accession number，相应的蛋白序列数据库accession number，下载该基因mRNA和蛋白的GenBank格式文件和FASTA文件。5分2 利用BLAST和FASTA工具分别查找与该基因mRNA和氨基酸序列同源的基因（请针对nr和EST数据库比较）。10分3 通过同源比较的方法确定该基因的染色体定位。该染色体位点有无重复出现的畸变，其类型是什么。5分4 查找该基因相应的RefSeq、UniGene纪录。5分5 利用NCBI的SAGE资源，分析该基因在不同组织中的表达情况，以及与不同解剖部位的

26、关系。10分6 查找在OMIM数据库中有无该基因相关的纪录，如果还有相关疾病基因的纪录请一并查找。5分7 分析该基因mRNA序列的开放读框。5分8 利用软件设计扩增包含完整开放读框序列的引物。分析该序列中常见的酶切位点。10分9 利用软件模拟该基因酶切后的电泳情况。模拟其RNA的折叠。 5分10 查找该基因是否有已知的三维结构数据，并下载该结构文件，用Vector NTI观看。10分11 查找该蛋白编码序列的特征，包括氨基酸组成、等电点等等，以及是否包含一些已知结构域与motif特征。10分12 查找该蛋白在不同物种中是否有同源蛋白，下载同源蛋白的氨基酸序列进行多序列排列，观察有无保守的序列。

27、分析同源蛋白之间的进化关系并绘制进化树。10分13 预测该蛋白质的定位、半衰期，是否为跨膜蛋白，预测其二级结构。1415161718分析该蛋白有无MHC I类和II类分子的结合多肽序列。10分三、教材选编建议1. 按照教学要求选用最佳教材，及时更新教学内容。目前选用的中文教材为我校自己主编的生物信息学概论。2. 教员同时使用配套的英文教材：Bioinformatics the machine learning approach, Pierre Baldi and Soren Brunak, The MIT Press. 1998，用来了解和介绍生物信息学中所有应用的计算计算法。3. 对实习内容

28、应用一些自由软件，自行编制生物信息学工具光盘，其中包含了大量常用的生物信息学软件。此光盘在过去使用中学生反应针对性强，教学效果好。四、课程资源开发与利用的计划和建议1. 不断更新计算机软件。随着时代的进步，各种数据库和计算机软件都出现了新版本，其功能更加强大，使用更加方便，教员要注意新版本软件的出版和各种数据库的更新，更新自己的知识并将新知识加入到自己的授课中。2. 对于科研中新出现的需求，新的生物信息学软件和数据库不断涌现，及时增加新的内容以应对新的教学要求。五、教学必需的保障条件及建议1. 坚持和完善教师集体备课制度集体备课成员有教学组组长、主讲教师、教学组的其他教师以及有关的教授。集体备课的内容包括：讲授内容的基本概念、框架，应突出的重点、教学