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Bioinformatics(续二）
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4、 蛋 白 质 组 学（Proteomics） 蛋白质组学研究的目的和任务 20世纪中期以来，随着DNA双螺旋结构的提出和蛋白质空间结构的X射线解析，开始了分子生物学时代，对遗传信息载体DNA和生命功能的主要体现者蛋白质的研究，成为生命科学研究的主要内容。90年代初期，美国生物学家提出并实施了人类基因组计划，预计用15年的时间，30亿美元的资助，对人类基因组的全部DNA序列进行测定，希望在分子水平上破译人类所有的遗传信息，即测定大约30亿碱基对的DNA序列和识别其中所有的基因（基因组中转录表达的功能单位）。经过各国科学家8年多的努力，人类基因组计划已经取得了巨大的成绩，一些低等生物的DNA全序列已被阐明，人类3%左右DNA的序列也已测定，迄今已测定的表达序列标志（EST）已大体涵盖人类的所有基因。在这样的形势下，科学家们认为，生命科学已经入了后基因组时代。 在后基因组时代，生物学家们的研究重心已经从解释生命的所有遗传信息转移到在整体水平上对生物功能的研究。这种转向的第一个标志就是产生了一门成为功能基因组学（Functional Genomics）的新学科。它采用一些新的技术，如SAGE、DNA芯片，对成千上万的基因表达进行分析和比较，力图从基因组整体水平上对基因的活动规律进行阐述。但是，由于生物功能的主要体现者是蛋白质，而蛋白质有其自身特有的活动规律，仅仅从基因的角度来研究是远远不够的。例如蛋白质的修饰加工、转运定位、结构变化、蛋白质与蛋白质的相互作用、蛋白质与其它生物分子的相互作用等活动，均无法在基因组水平上获知。 正是因为基因组学（Genomics）有这样的局限性，于90年代中期，在人类基因组计划研究发展及功能基因组学的基础上，国际上萌发产生了一门在整体水平上研究细胞内蛋白质的组成及其活动规律的新兴学科--蛋白质组学（Proteomics），它以蛋白质组（Proteome）为研究对象。蛋白质组是指"由一个细胞或一个组织的基因组所表达的全部相应的蛋白质"。测定一个有机体的基因组所表达的全部蛋白质的设想，萌发在1975年双向凝胶电泳发明之时。1994年Williams正式提出了这个问题，而"蛋白质组"的名词则是由Wilkins创造的，发表在1995年7月的Electrophoresis杂志上。 蛋白质组与基因组相对应，但二者又有根本不同之处：一个有机体只有一个确定的基因组，组成该有机体的所有不同细胞斗拱享用一个确定的基因组；而蛋白质组则是一个动态的概念，她不仅在同一个机体的不同组织和细胞中不同，在同一机体的不同发育阶段，在不同的生理状态下，乃至在不同的外界环境下都是不同的。正是这种复杂的基因表达模式，表现了各种复杂的生命活动，每一种生命运动形式，都是特定蛋白质群体在不同时间和空间出现，并发挥功能的不同组合的结果。基因DNA的序列并不能提供这些信息，再加上由于基因剪接，蛋白质翻译后修饰和蛋白质剪接，基因遗传信息的表现规律就更加复杂，不再是经典的一个基因一个蛋白的对应关系，一个基因可以表达的蛋白质数目可能远大于一。对细菌，可能为1.2～1.3;对酵母则为3;而对人,可高达10。后基因组和蛋白质组研究，是为阐明生命活动本质所不可缺少的基因组研究的远为复杂的后续部分，无疑将成为21世纪生命科学研究的主要任务。 三 生物信息学的展望 1、生物信息学：促动BT与IT双赢 无论是与结构基因组学对应的"基因时代"，还是与功能基因组学、蛋白质组学相应的"后基因时代"；无论你称呼21世纪是"信息时代"、"后信息时代"，还是"生物时代"，所有这一切，都将BT(生物技术)与IT(信息技术)紧密结合起来。而这其中，无疑"生物信息学"占据了天时地利、出尽了风头，虽然它自身及其相关产业蕴涵无限商机，但相对官方，民间资本的介入有待进一步引发。 随着现代科技的发展，生物技术与信息技术的融合成为大势所趋。人类基因组计划及生物信息研究过程中产生的海量数据，需要大容量、高性能、超级计算机的支持。从序列拼接到基因预测，从蛋白结构预测到功能基因的分析，都离不开高性能服务器的支持。 可以预见，超级电脑的高度运算能力将在生命科学、商品开发及企业整合上扮演越来越重要的角色。那些IT巨子们又有了新的"摇钱树"。 2、国家重视 （1）2004年12月20日，中国科学院与德国马普学会共同组织的招聘专家委员会对来自美、德、法等国的10多位应聘实验室主任的候选人进行了面试。这标志着中国科学院与德国马普学会合作创立的计算生物学研究所的筹建工作已实质性启动。该所将是我国首个计算生物学研究所，并将成为中国科学院上海生命科学研究院的新成员。 （2）国家筹建"生物信息系统国家研究中心" 据悉，生物信息研究一直是国家计委密切关注和重点支持的重要领域。对中国科学院今后在生物信息学领域的有关研究和科研基础设施建设，国家计委将继续予以支持，并和有关部门一起，共同推进我国生物信息技术的进一步发展，加速产业化。 |
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