生物信息学课件

生物信息学课件第一页，共三十六页，编辑于2023年，星期三初步计划讲授内容绪论生物信息学的计算机基础生物信息学资源与数据挖掘工具DNA序列分析分子系统发育分析基因组分析蛋白质组分析数学模型第二页，共三十六页，编辑于2023年，星期三本课目录当今生命科学展望生物信息学简介发展现状第三页，共三十六页，编辑于2023年，星期三一、当今生命科学展望第四页，共三十六页，编辑于2023年，星期三基因数据的

快速增长第五页，共三十六页，编辑于2023年，星期三为什么这么快Sanger,UK第六页，共三十六页，编辑于2023年，星期三已完成测序的基因组(EBI)病毒(virus)1639包括多种流感病毒,HIV,SARS冠状病毒等类病毒(viroid)46主要是植物病毒质粒(plasmid)627主要提自细菌中噬菌体(phage)469细胞器(organelle)1510如线粒体、叶绿体古细菌(archaea)54细菌(bacteria)694真核生物(eukaryota)78包括草履虫、疟原虫、弓形虫、酵母、线虫、果蝇、海藻、水稻、鸡、鼠、狗、人、黑猩猩等2008.9第七页，共三十六页，编辑于2023年，星期三测序进展GenBank中已超过2000亿碱基对速度目前速度:10天一个基因组(细菌)目标:1天一个基因组价格目前价格:10000美元(细菌)目标:1000美元趋势:过去十几年,每2年半价微小化、并列化:数千到数十万well多目标化:肠内几十上百种微生物、土壤中全部微生物同时测序最小基因组研究、基因组人工合成第八页，共三十六页，编辑于2023年，星期三蛋白数据增长(PDB)第九页，共三十六页，编辑于2023年，星期三反应通路(KEGG)glycolysispathway(糖酵解)京都基因与基因组百科全书(KyotoEncyclopediaofGenesandGenomes)第十页，共三十六页，编辑于2023年，星期三全细胞通路第十一页，共三十六页，编辑于2023年，星期三人类基因组计划(1)–人类三大计划曼哈顿原子弹计划(1942-46)阿波罗登月计划(1961-69)人类基因组计划(1990-2003)第十二页，共三十六页，编辑于2023年，星期三人类基因组计划(2)/sci/techresources/Human_Genome/home.shtml人类基因组计划(HumanGenomeProject,HGP)由美国能源部(DepartmentofEnergy,DOE)和美国国立卫生研究院(NationalInstitutesofHealth,NIH)组织完成1990年10月开始,2003年4月完成(1953双螺旋)参与国:美、英、日、法、德、中并没有完成测序(2006.5完成)第十三页，共三十六页，编辑于2023年，星期三人类基因组计划(3)–超额完成目标领域目标实际达到完成时间完成时间15年13年2003.4遗传图2-5厘摩,600-1500个标记1厘摩,3000标记1994.9物理图30000STS52000STS1998.10DNA序列95%含基因序列,99.99%99%,99.99%精确2003.4测序速度和费用500Mb/年,<0.25美元/bp>1400Mb/年,<0.09美元/bp2002.11序列变异10万SNP3.7百万SNP2003.2基因识别全长cDNA15000全长cDNA2003.3模式生物大肠杆菌、酵母菌、线虫(C)、果蝇(D)基因组序列除完成上述,C.briggsae,D.pseudoobscura,大小鼠草图2003.4功能分析发展基因组水平的技术高通量寡核苷酸合成、DNA微阵列、酵母全基因组水平敲除、蛋白双杂交1994,1996,1999,2002第十四页，共三十六页，编辑于2023年，星期三生命科学的发展趋势和热点发展趋势系统生物学:微观还原,系统统一生物学(GeneralBiology)生物技术的产业化热点生物大分子的结构与功能研究基因组与细胞的研究脑科学和神经科学研究行为科学研究关于遗传、发育、分化、进化的综合理论研究生态环保研究第十五页，共三十六页，编辑于2023年，星期三物理学的发展对生命科学的启示17世纪18世纪19世纪20世纪21世纪经典物理学应用物理现代物理物理学大量实验数据积累公式化机械论完善相对论、量子力学非线性物理、复杂系统生命科学农业、医药实践分类、解剖研究进化理论遗传学、分子生物学大量实验数据积累公式化？博物学近代生物学现代生物学21世纪的生物学第十六页，共三十六页，编辑于2023年，星期三二、生物信息学简介第十七页，共三十六页，编辑于2023年，星期三什么是生物信息

学(1)bioinformatics=bio+informatics生物信息学相关学科计算生物学(computationalbiology)系统生物学(systemsbiology)第十八页，共三十六页，编辑于2023年，星期三什么是生物信息学(2)/faq/#definitions(大致地)计算机对生物信息的处理(多数人认为,面窄)计算分子生物学(computationalmolecularbiology)(宽松地)甚至包括医疗成像、图像分析、遗传算法、人工智能、神经网络…(经典)用计算机储存、比较、提取、分析、预言、模拟生物分子的组成与结构。主要应用(core)是序列分析(新)比较基因组学、功能基因组学、蛋白质组学、结构基因组学第十九页，共三十六页，编辑于2023年，星期三多老了？1960s已有建立数据库、序列分析、开发算法,当时叫分子进化如果考虑生物数学,19世纪已经流行首次提出Bioinformatics的说法荷兰理论生物学家1980年代初BenHesper和PaulienHogeweg马来西亚生化物理学家林华安(HwaA.Lim)于1987年最早提到该词的文献(PubMed) (1990)Genomics,6(2):389第二十页，共三十六页，编辑于2023年，星期三生物信息学发展阶段(1)前基因组时代(pre-genomicsera)建立生物数据库(1965,MargaretDayhoff的AtlasofProteinSequences;1982,GenBankRelease3)对位算法(1970,Needleman-Wunsch;1981,Smith-Waterman)1977,DNA测序和相应的软件分析(RAStaden)第二十一页，共三十六页，编辑于2023年，星期三发展阶段(2)基因组时代(genomicsera)一批基因组被测序

1982噬菌体λ1995细菌1996酵母1998线虫1999果蝇第二十二页，共三十六页，编辑于2023年，星期三发展阶段(3)基因组时代(genomicsera)数据库搜索算法(1983,Wilbur-Lipman)快速序列相似性查找(1985,FASTN;1990,BLAST)机构建立 1988,NCBI 1988,EMBnet 1993,Sanger1991,EST技术第二十三页，共三十六页，编辑于2023年，星期三发展阶段(4)后基因组时代(post-genomicsera)HGP(1990-2003)1995,蛋白质组学(Proteomics)高通量(high-throughput)实验手段第二十四页，共三十六页，编辑于2023年，星期三发展阶段(5)后基因组时代(post-genomicsera)比较基因组学(comparativegenomics)结构基因组学(Struturalgenomics,2001)功能基因组学(Functionalgenomics)系统生物学系统树重建(phylogenicreconstruction)第二十五页，共三十六页，编辑于2023年，星期三生物信息学基本方法(1)建立生物数据库如GenBank,EMBL,DDBJ搜索数据库如BLAST序列分析如比对(alignment)、注释(annotation)、寻找外显子统计分析如隐马尔科夫模型(HMM)、贝叶斯分析(Bayesiananalysis)第二十六页，共三十六页，编辑于2023年，星期三生物计算机工程学数学物理基本方法(2)算法如遗传算法(geneticalgorithm,GA)、人工神经网络(artificialneuralnetwork,ANN)数学模型如确定性模型(deterministicmodel)、随机性模型(stochasticmodel)多学科方法第二十七页，共三十六页，编辑于2023年，星期三应用基因组层次分析如序列功能、蛋白质、进化研究基因芯片如DNA芯片(DNAchip),蛋白质芯片的动态数据分析药物开发如寻找药靶、药物分子结构、系统药物开发经济价值“bioventure”–生物风险公司药物、生物制品、相关试剂、器材第二十八页，共三十六页，编辑于2023年，星期三三、发展现状第二十九页，共三十六页，编辑于2023年，星期三学术1/51/20第三十页，共三十六页，编辑于2023年，星期三我国的发展现状(1)–总括国家高技术研究发展计划(863)生物信息的获取、加工和利用,建立数据库结构基因组和蛋白质组学研究高通量药物筛选、药物设计生物芯片曙光系列生物信息学服务器基因组完成1％人类基因组计划(中国卷;3号染色体短臂“端粒至D3S3610”)(1994-2001.8)2001.10独立完成水稻基因组“工作框架图”绘制和数据库建设；完成国际水稻基因组计划的20%其他:

家猪、血吸虫、家鸡、家蚕、大豆第三十一页，共三十六页，编辑于2023年，星期三我国的发展现状(2)生物信息学企业如华大、中科院等建立了一些中国生物信息学大会首届,2001.4.11-13,北京,军事医学科学院第二届,2002.6.28,北京大学第三届,2008.10.6-9,武汉华中科技大学国际生物信息学大会首届,2003第四届,2006.6.10,中南大学第三十二页，共三十六页，编辑于2023年，星期三我国的发展现状(3)–主要研究中心北京华大基因研究中心(中科院基因组研究所)杨焕明/国家人类基因组南方研究中心(上海)陈竺、赵国屏

/国家人类基因组北方研究中心(北京)强伯勤/清华大学生物系生物信息研究室孙之荣/北京大学生物信息学中心罗静初/chinese/复旦大学理论生物中心钟扬/第三十三页，共三十六页，编辑于2023年，星期三我国的发展现状(4)–研究中心中科院国家基因研究中心/

中科院理论物理所统计物理和理论生命科学陈晓松、郝柏林/JiGouSheZhi/YJTD-6.php中科院生物物理所系统生物学研究中心陈润生、蒋太交/c/02/01/05/index.html中科院上海生命科学研究院生物信息中心李亦学/中科院上海生化所/bio

中科院计算所生物信息实验室/

中科院遗传所分子系统生物学中心韩敬东/IGDB/Research/shengwuxinxi/index.htm军事医学科学院生物工程