生物信息学概论-1

数学家
生物信息学 （bioinfomatics) 的诞生
计算机 科学家
2013-7-13
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概念（广义）
生物体系和过程中信息 的存贮、传递和表达 信息科学 细胞、组织、器官的生理、病理 、药理过程的中各种生物信息
广义 应用信息科学的方法和技术，研究生物体系和生物过程中信息的存 贮、信息的内涵和信息的传递，研究和分析生物体细胞、组织、器官的 2013-7-13 生理、病理、药理过程中的各种生物信息，或者也可以说成是生命科学 中的信息科学。
DNA、基因、基因组
生命活动三要素：物质、能量、信息
DNA: 遗传物质(遗传信息的载体) 双螺旋结构
A, C, G, T四种基本字符的复杂文本 基因（Gene）：具有遗传效应的DNA分子片段
基因组(Genome)：包含细胞或生物体全套的遗传信息的全部
遗传物质。
人类基因组：
3.2×109 bp
HGP的目的是解码生命、了解 生命的起源、了解生命体生长 发育的规律、认识种属之间和 个体之间存在差异的起因、认 识疾病产生的机制以及长寿与 衰老等生命现象、为疾病的诊 治提供科学依据。
第一章：绪 论
第一节 第二节 第三节 第四节 引言 生物信息学及其发展历史 生物信息学主要研究内容 生物信息学的研究意义和展望
第一节
从人类基因组计划（HGP）说起
曼哈顿原子弹计划 阿波罗登月计划
40年代美国陆军 60年代美国宇航局
20世纪人类三大科学计划
人类基因组计划
人类基因组计划(human genome project, HGP)是由美国科学家于 1985年率先提出，于1990年正式 启动的。美国、英国、法兰西共和 国、德意志联邦共和国、日本和我 国科学家共同参与了这一价值达30 亿美元的人类基因组计划。。
HGP的 历史回顾
1984.12 犹他州阿尔塔组织会议，初步研讨测定人类整个基 因组DNA序列的意义 1985 Dulbecco在《Science》撰文 “肿瘤研究的转折点: 人类基因组的测序” 美国能源部(DOE)提出“人类基因组计划”草案 1987 美国能源部和国家卫生研究院（NIH）联合为“人 类基因组计划”下拨启动经费约550万美元 1989 美国成立“国家人类基因组研究中心”，Watson担 第一任主任 1990.10 经任美国国会批准，人类基因组计划正式启动
1995第一个自由生物体流感嗜血菌(H. inf)的全基因组测序完成
1996
完成人类基因组计划的遗传作图 启动模式生物基因组计划
H.inf全基因组
Saccharomyces cerevisiae 酿酒酵母
Caenorhabditis elegans 秀丽线虫
1997 大肠杆菌(E.coli)全基因组测序完成 1998 完成人类基因组计划的物理作图 开始人类基因组的大规模测序 Celera公司加入，与公共领域竞争 启动水稻基因组计划
AGCATCGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGCAGCATCGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGC AAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGCAGCATCGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGTGCATGAC GATGCATGACCTAGCAGCATCGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGCAAGTTGCATGACGATTGAC CTAGTGCATGACGATGCATGACCTAGCAGCATCGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGCAAGAAGT TGCATGACGATGCATGACCTAGTGCATGACGATGCATGACCTAGCAGCATCGAAGTTGCATGACGATG CATGACCTAGCAAGTTGCATGACGATTGACCTAGTGCATGACGATGCATGACCTAGCAGCATCGCGAT GCATGACCTAGCAAGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGTGCATGACGATGCATGACCTAGCAGCA TCGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGCAAGTTGCATGACGATTGACCTAGTGCATGACTGACCTA GCAGCATCGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGTGCATGACGATGCATGACCTAGCAGCATCGAAG TTGCATGACGATGCATGACCTAGCAAGTTGCATGACGATTGACCTAGTGCATGACGATGCATGACCTA GCAGCATCGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGCAAGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAATGC ATGACCTAGCAGCATCGCGATGCATGACCTAGCAAGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGTGCATG ACGATGCATGACCTAGCAGCATCGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGCAAGTTGCATGACGATTG ACCTAGTGCATGACTGACCTAGCAGCATCGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGTGCATGACGATG CATGACCTAGCAGCATCGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGCAAGTTGCATGACGATTGACCTAG CAGCATCGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGCAAGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGTGCA TGACGATGCATGACCTAGCAGCATCGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGCAAGTTGCATGACGAT TGACCTAGTGCATGACGATGCATGACCTAGCAGCATCGCGATGCATGACCTAGCAAGAAGTTGCATGA CGATGCATGACCTAGTGCATGACGATGCATGACCTAGCAGCATCGAAGTTGCATGACGATGCATGACC TAGCAAGTTGCATGACGATTGACCTAGTGCATGACTGACCTAGCAGCATCGAAGTTGCATGACGATGC ATGACCTAGTGCATGACGATGCATGACCTAGCAGCATCGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGCAT GACCTAGTGCATGACGATGCATGACCTAGCAGCATCGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGCAAGT TGCATGACGATTGACCTAGTGCATGACTGACCTAGCAGCATCGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTA GTGCATGACGATGCATGACCTAGCAGCATCGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGCAAGTTGCATG ACGATTGACCTAGTGCATGACGATGCATGACCTAGCAGCATCGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTA GCAAGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAATGCATGACCTAGCAGCATCGCGATGCATGACCTAGCA AGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGTGCATGACGATGCATGACCTAGCAGCATCGAAGTTGCATA
第二节
生物信息学发展简史

20世纪50年代，生物信息学开始孕育 20世纪60年代，生物分子信息在概念上将计算 生物学和计算机科学联系起来 20世纪70年代，生物信息学的真正开端 20世纪70年代到80年代初期 ，出现了一系列著 名的序列比较方法和生物信息分析方法 20世纪80年代以后，出现一批Fra Baidu bibliotek物信息服务机 构和生物信息数据库 20世纪90年代后 ，HGP促进生物信息学的迅速 发展
国内部分生物信息学和生物医学信息服务器






北京大学生物信息中心 http://www.cbi.pku.edu.cn 中国生物信息http://www.biosino.org/ 北京大学物理化学研究所 http://www.ipc.pku.edu.cn 北京医科大学生物医学信息 http://cmbi.bjmu.edu.cn 中国科学院微生物研究所 http://www.im.ac.cn 天津大学生物信息中心 http://tubic.tju.edu.cn 中科院计算所智能信息处理重点实验室生物信息学研究 组 http://www.bioinfo.org.cn/ 中国科学院基因组信息学中心 http://www.genomics.org.cn/
ACGT
相当于2800多本每本1000页每页1000字的“天书”
DNA序列数据增长趋势
各种分子生物学数据库及其增长情况

生物数据爆炸性增长：
生物数据量的积累已达到人类有史以来所说过的话的
数百倍，而且还将以越来越快的速度增长。
生物信息学的产生诞生
生物学家
HGP 生物数据的激增 （每15个月翻一番）
Drosophila melanogaster 果蝇
Arabidopsis thaliana 拟南芥
基因组测序计划 海量DNA序列数据

DNA序列是生命的真谛，这个世界上发生的一 切事情都与这一序列息息相关。 人类基因组计划（HGP）
结果：2003年完成精细图，
产生30亿多个数据(碱基)




国际著名的生物信息中心


NCBI EBI HGMP ExPASy CMBI ANGIS NIG BIC
National Center for Biotechnology Information (US) European Bioinformatics Institute (EU) Human Genome Mapping Project Resource Centre (UK ) Expert of Protein Analysis System (Switzerland ) Centre of Molecular and Biomolecule (The Netherlands) National Genome Information Service (Australia) National Institute of Genetics (Japan) National Bioinformatics Centre (Singapore)
生物信息学概论
Introduction to Bioinformatics
王燕 生命科学与技术学院 华中科技大学
参考书目：



1. J. Pevsner著（孙之荣 等译）. 生物信息学与功能基因 组学. 化学工业出版社, 2006. 2. D. R. Westhead et al. Bioinformatics. 科学出版社（影印本）, 2003 3. 蒋彦 等 基础生物信息学及应用 清华大学出版社 4. 陶士珩 生物信息学 科学出版社
1999.7 第5届国际公共领域人类基因组测序会议，加快测序速度
大肠杆菌及其全基因组
水稻基因组计划
2001年2月15日《Nature》封面
2001年2月16日《Science》封面
1999.7 第5届国际公共领域人类基因组测序会议，加快测序速度 2000 Celera公司宣布完成果蝇基因组测序 国际公共领域宣布完成第一个植物基因组——拟南芥全基 因组的测序工作 2000.6.26 公共领域和Celera公司同时宣布完成人类基因组工作草图 2001.2.15 《Nature》刊文发表国际公共领域结果 2001.2.16 《Science》刊文发表Celera公司及其合作者结果
生 命 科 学 中 的 信 息 科 学
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概念（狭义）
生物分子信息的获取、存贮、分析和利用 分子生物信息学 Molecular Bioinformatics
获取 生物 分子数据 挖掘
深层次 生物学知识
总结：生物信息学
生物信息学(Bioinformatics) 是一门新兴的交叉学科，是
生命科学领域中的新兴学科，面对人类基因组计划等各 种项目所产生的庞大的分子生物学信息，生物信息学的 重要性将越来越突出，它将会为生命科学的研究带来革 命性的变革。 生物信息学是在生命科学的研究中，以计算机为工具对 生物信息进行储存、检索和分析的科学。 生物信息学是当今生命科学和自然科学的重大前沿领域 之一，同时也将是21世纪自然科学的核心领域之一，其 研究重点主要体现在基因组学(Genomics)和蛋白组学 (Proteomics) 。 林华安博士：CompBio,bioinforma-tique,bioinformatics,bioinformatics “生物信息学之父”