山東生物信息學技術發(fā)展的競爭態(tài)勢及對應措施研究

賈愛榮 袁文鵬 張永剛 夏雪奎 劉新 劉昌衡

摘 要：在當前國際國內生物信息學激烈競爭、加速發(fā)展的宏觀背景下，該文通過對山東生物信息發(fā)展實際情況的分析，研究了山東發(fā)展生物信息學的總體戰(zhàn)略思路，選擇技術切入點和發(fā)展重點，探討可供操作的發(fā)展模式。該研究將為新世紀生物信息學發(fā)展的競爭態(tài)勢下山東省的應對措施提供科學依據(jù)及相關政策建議。

關鍵詞：山東 生物信息學 競爭態(tài)勢 對應措施

中圖分類號：O811 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）02（a）-0062-02

從20世紀80年代末開始，伴隨著計算機技術的迅猛發(fā)展，一門新興學科—— 生物信息學（Bioinformatics）應運而生。它的誕生和發(fā)展是應時所需，是歷史的必然。尤其是20世紀末，生物科學技術無論在數(shù)量上還是質量上都迅猛發(fā)展，這使生物科學數(shù)據(jù)資源得到極大豐富。數(shù)量巨大的多樣化生物學數(shù)據(jù)資源必然蘊含著許多揭示生命之謎的關鍵生物學規(guī)律，人們需要借助更強有力的工具完成復雜的分析。

1 生物信息學的產生

生物信息學的概念最早產生于1956年，在美國田納西州蓋特林堡召開的首次“生物學中的信息理論研討會”上。到1987年，林華安博士正式確立該研究領域名稱為“生物信息學”。生物信息學是研究生物學系統(tǒng)和生物學過程中信息流的綜合系統(tǒng)科學，最終目的是指導實踐，從本質上講就是通過網絡技術和計算機科學來解決生物學問題。

2 我國生物信息學的發(fā)展

為了促進生物信息學這一前沿領域的發(fā)展，我國逐年增加對該領域的研究投入：國家不僅在“863”計劃中專門設立生物信息技術主題，同時自然科學基金委員會也把該主題作為重要發(fā)展方向，該主題的立項工作也出現(xiàn)在“973”計劃中。在著名院士和教授的帶領下，生物信息學在各個領域取得了成績，取得許多在國際上都占有一席之地的成績。

目前，隨著人類基因組研究的展開，我國生物信息技術研究顯露出蓬勃發(fā)展的勢頭，不僅多家大學和研究機構相繼成立了生物信息中心或研究所，同時生物信息學也出現(xiàn)在各大高校的研究和教學工作中，各大高校相繼設立生物信息學專業(yè)，并招收本科、碩士、博士研究生。

3 調查、評價山東省生物信息學競爭態(tài)勢

從國際宏觀角度來看，山東的生物信息學發(fā)展在總體上還比較薄弱，存在一些發(fā)展制約因素，但是從不同角度分析，山東的生物信息學又具有一定的實力和潛力。如果充分挖掘這些潛力，有望增強山東參與國內外競爭的實力，加快山東生物信息學的發(fā)展。

3.1 數(shù)據(jù)庫的角度

山東省已經擁有高性能的計算機系統(tǒng)—山東大學計算機機群系統(tǒng)，山東科大資源與環(huán)境工程學院應用采用AMD64架構的曙光天闊R210A服務器和Hyper Transport技術，以滿足系統(tǒng)對強大數(shù)據(jù)運算、處理的需求，同時利用D-LINK DGS-1248T高性能千兆以太網交換機將所有節(jié)點連接起來，有效實現(xiàn)所有計算節(jié)點的高速通信融合。高性能機群來建立的強大的應用平臺，使得山東具有了一定的系統(tǒng)軟硬件環(huán)境，這對科學數(shù)據(jù)庫中海量數(shù)據(jù)資源的保藏、管理、服務和應用具有重大的意義和作用。

3.2 數(shù)據(jù)分析技術的角度

對分子演化領域的研究最早產生于1962年，由Zuckerkandl和Pauling提出，其核心思想是把分子演化建立在序列變異分析與其演化關系聯(lián)系基礎上進行研究。在八九十年代，國外生物學數(shù)據(jù)分析技術獲得突飛猛進的發(fā)展。在2004年8月17日國際密碼學會議（Crypto 2004）在美國加州圣巴巴拉召開，山東大學的王小云教授做了有關破譯MD5、HAVAL-128、MD4和RIPEMD算法的報告。這種數(shù)據(jù)分析方式在網絡安全與信息傳送中具有重大意義。這在國際上占據(jù)了領先地位，說明山東在該領域具有一定的能力和潛力。

3.3 專業(yè)機構的角度

山東省生物信息工程技術研究中心，成立于2001年2月，由山東省科技廳批準，是山東省唯一一家專門從事計算生物學和生物信息學研究的科研機構，中心包含生物信息學和計算生物化學兩個主要研究方向。山東省干細胞工程技術研究中心成立于2001年，由山東省科技廳批準，以煙臺毓璜頂醫(yī)院和煙臺大學為依托，同年煙臺市科技局將其命名為”煙臺市生命科學技術研究中心”。山東省農業(yè)科學院測序中心”成立于2006年。山東省具有生物信息學服務的機構也相對較少，“生物信息學專業(yè)技術服務體系并不完善，顯示出山東省生物信息學研究力量薄弱這一現(xiàn)狀。

3.4 人才資源的角度

由于生物信息學需求迅猛，即使是像美國這樣的發(fā)達國家也面臨著供不應求、人才匱乏的情況。生物信息學人才供不應求。山東大學生命科學學院，2004年開始招生基因組與生物信息學專業(yè)。目前，山東從事生物信息學的隊伍還比較小，這與山東擁有眾多的高校、豐富的科技人才資源和比較好的科技環(huán)境還不太相配，成為制約山東生物信息學發(fā)展的一個因素。山東省需要在國內外生物信息學人才緊缺的大背景下，把生物信息學人才培養(yǎng)作為工作重點，加大人才培養(yǎng)的資助力度，壯大從事該領域的人員隊伍，做到充分挖掘生物信息學方面的人才潛能，來增強在國內外的競爭實力，有望使我省在國內外同領域占有一席之地。

4 山東發(fā)展生物信息學的對應措施建議

曾在山東大學任教的孫豐珠教授，主要從事計算機科學、生物學、數(shù)學和醫(yī)學的交叉界面問題的研究。他指出計算機、醫(yī)學、數(shù)學結合的原因之一在于，目前生物信息學在北美的迅速發(fā)展，人類基因工程基因組的完成以及大量數(shù)據(jù)庫的不斷增長，要求把數(shù)學、計算機應用到大型數(shù)據(jù)的利用上。計算機、醫(yī)學、數(shù)學結合的原因之二在于，通過對IHMP和NIH ROD MAP的研究以及GEGS的科研目標的實現(xiàn)，在3-5年內建立十個整體研究中心，把數(shù)學、醫(yī)學、計算機、分子生物學等學科的交叉面作為高等研究人才的合作的目標。孫教授還介紹了當前醫(yī)學、數(shù)學、分子生物學的教育狀況，并通過引用了《自然》雜志上的一篇文章以及作此研究的世界著名大學的統(tǒng)計，來說明此項研究的重要程度。根據(jù)這一情況，山東省的生物信息學應在全球生物信息學發(fā)展的大背景下，積極學習國內外的先進經驗，依據(jù)自身條件，建立適合自己可操作的發(fā)展模式，使我省的生物信息學得到充分發(fā)展。可從以下幾個方面入手。

理論研究。生物信息學的發(fā)展離不開基礎理論研究，它對許多學科都提出了巨大的挑戰(zhàn)。在理論研究方面要繼續(xù)做好以下幾項工作：基因組結構與遺傳密碼；基因序列信息分析；大規(guī)?；虮磉_譜分析；人類基因組信息結構復雜性研究；基因表達調控研究；蛋白質功能預測；算法及軟件開發(fā)。

軟件開發(fā)。目前，雖然生物研究軟件很多，但是軟件缺乏統(tǒng)一化標準，每個軟件軟件具有各自的輸入輸出格式，導致編寫新軟件時不能很好的利用現(xiàn)有的軟件資源。同時，不同軟件之間功能重復太多，導致生物學家選擇困難。解決這兩個問題需要詳盡的介紹各種軟件的功能特性和技術細節(jié)，并進行比較。

集成數(shù)據(jù)庫。因特網是數(shù)據(jù)獲取的最佳選擇，將各自建立的數(shù)據(jù)庫連接到因特網中，不但可以快速高效的服務世界各地的科學家，而且還可以令我們自己享受到便捷的服務。

學科交叉。生物信息學是一門交叉學科，涉及到生物學、計算機學、數(shù)學，加強三門學科間的溝通，不僅可以促進生物信息學自身的發(fā)展，而且可以成為促進整個生物學發(fā)展的強大推力。

5 結語

在生物信息學方面，山東省的研究與國內外一些知名研究機構還有很大差距。如果想在生物信息學領域發(fā)展的前沿占有一席之地，就必須突出自己的特色，不能盲從，選擇正確的研究方向和方法是生物信息學專業(yè)發(fā)展的關鍵。

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