大數據時代醫藥類碩士研究生生物信息學通識教育探索與實踐

李坤平，潘天玲

（廣東藥科大學，廣東 廣州 510006）

與現代分子生物學全面融合是當前生物醫藥發展的顯著特征。隨著各種高通量測序技術和儀器分析技術的不斷發展，生物醫藥研究數據呈現爆炸式增長。常見的大鼠、小鼠等模式動物和人類自身研究數據，包括基因組學、轉錄組學、蛋白組學、代謝組學、脂質組學和糖組學等多組學數據以及小分子結構與理化性質、化合物活性與毒性、蛋白結構與活性位點、藥物代謝等大規模實驗數據等已成為人類疾病和藥物研發的基礎資源，同樣也是醫藥類碩士研究生學習和開展課題研究必需的參考資料。面對海量的數據資源，以生物醫藥大數據研究為核心的生物信息學技術已經發展成為現代生物醫藥研究不可或缺的支撐。

生物信息學作為一門發展迅速的交叉學科，其概念對許多研究生而言并不陌生，但對其核心研究內容和常用的研究方法、技術，大家卻知之甚少[1-2]。結合當下生物醫藥大數據時代特征，嘗試將生物信息學列為醫藥類碩士研究生的通識教育課程，并在研究生培養過程中進行教學實踐，現將一些體會整理如下，以期讓醫藥類碩士研究生得到更好的發展。

1 生物信息學通識教育的教學內容

生物信息學領域的數據庫種類繁多，功能各異，面向生物醫藥研究的各個領域，但最核心的依然是各種類型的生物大分子序列（DNA、RNA、蛋白質）信息。在有限的學時內，了解和認識當前主要的數據平臺和分析工具，掌握數據存儲、整理分析的常用方法，將會給生物醫藥研究提供豐富的知識借鑒，這也是醫藥類碩士研究生應該具備的基本科研素養之一。

在生物信息學通識教育課教學實踐中，我們將“網絡數據平臺的認識”作為基礎教學內容，其包括：（1）美國國立生物技術信息中心NCBI的GenBank國際核酸序列數據庫；（2）U－niprot蛋白質數據庫；（3）HMDB 代謝物數據庫；（4）METLIN（Scripps Research Institute）代謝物質譜數據庫等。上述數據平臺大多對全球科研工作者、教育工作者以及學生等提供免費服務，是醫藥類碩士研究生教育和科研極好的網絡資源。

同時，網絡平臺工具的選擇與學習也是生物信息學通識教育的核心內容之一。生物信息學領域的網絡平臺工具種類繁多，對于基本生物信息學的分析，包括核酸序列中基因的發現、酶切位點和開放閱讀框分析、編碼蛋白理化性質預測、二級結構分析、信號肽分析、蛋白質保守結構域分析、跨膜區預測、亞細胞定位預測和三維同源建模等均有較多的在線工具。在教學過程中，我們主要對歐洲生物信息學研究所和丹麥技術大學生物信息學中心等提供的在線分析程序進行了介紹。此外，也將一些常用離線分析軟件，例如 Mega 6、DNAMAN 8、BioEdit等進行了簡單介紹。除此之外，對于可免費獲取的生物信息學深度學習軟件，例如MetaboAnalyst 3.0、Cytoscape 3.6.0以及OmicShare，也進行了初步介紹。另外，對于與生物信息學發展密不可分的R語言的學習與應用，我們也向學生做了簡單介紹。當然，生物信息學發展日新月異，各種新工具層出不窮，教學內容不可能全都涉及，而作為一門面向碩士研究生的通識教育課程，主要是希望起到一個引導作用，培養碩士研究生相關方面的基本知識素養。

2 生物信息學通識教育的教學方法

在教學實踐中，我們將生物信息學課程的總學時設置為18學時，計1學分。此課程以小組討論式教學為主，不單獨設置實驗課程，而根據教學需要，隨時進行互聯網和計算機操作演示及練習。這樣的教學模式雖然進度稍慢，但對于所講內容，都經過學生親自操作，并且對課程所涉及的內容都提供網絡資源和鏈接，學生能獲取詳細資料，對所需軟件能實時下載安裝，這些都給他們后續的課題研究和學習、論文寫作等打下了良好的基礎。

與此同時，借助我校毗鄰廣州生物島（島上生物信息技術公司眾多）的優勢，在課程教學期間，邀請生物信息技術服務公司技術支持或項目工程師來校舉辦專題講座，一方面，讓學生熟悉最新的生物信息學發展動態；另一方面，加深學生對生物信息學技術服務市場供給側的了解，為他們在后期課題研究中遇到問題提供可咨詢的渠道。

3 生物信息學通識教育教學實踐與體會

3.1 以科研項目為基礎的案例式教學效果好

由于生物信息學課程任課教師在其承擔的科研項目中都涉及生物信息學分析內容，因此，我們要求教師基于自身承擔的科研項目進行案例式教學。從教師和學生的反饋來看，效果較好。在案例式教學中，一方面，任課教師對所需進行的生物信息學分析思路和方法都很熟悉，能更好地開展教學；另一方面，學生能感受到生物信息學在生物醫藥科研中的重要作用。

3.2 課堂討論與現場實踐結合能促進教學轉化

生物信息學課程教學離不開網絡和計算機，因此，要求教師從自身科研項目中篩選合適的內容，比如，對某一候選基因進行生物信息學分析、對某一組差異表達基因和差異代謝物數據進行調控網絡分析等，先組織學生討論，再引導學生一步一步實踐操作，讓他們親身經歷并積累相關經驗，為后期獨立開展課題研究打下基礎。

3.3 合理的課后作業能強化課堂學習效果

在教學實踐中我們發現，面對海量的網絡數據資源，要使學生學會有效甄別，僅靠有限的課堂學時遠遠不夠。合理布置課后作業，例如讓學生結合專業進行有針對性的生物信息學分析訓練，對強化課堂學習效果有很好的促進作用。

4 結語

生活在生物醫藥大數據時代，生物信息學對生物醫藥研究的重要性日益凸顯，社會和行業發展對醫藥類碩士研究生生物信息學素養的要求也不斷提高[3-5]。我們在課程教學中不斷探索實踐，已形成了具有一定特色的生物信息學通識教育教學方法，這為今后培養高素質、創新型生物醫藥人才奠定了基礎。