生物信息學(xué)1課件

生物信息學(xué)

初步計(jì)劃講授內(nèi)容緒論生物信息學(xué)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)生物信息學(xué)資源與數(shù)據(jù)挖掘工具DNA序列分析分子系統(tǒng)發(fā)育分析基因組分析蛋白質(zhì)組分析數(shù)學(xué)模型2本課目錄當(dāng)今生命科學(xué)展望生物信息學(xué)簡(jiǎn)介發(fā)展現(xiàn)狀3基因數(shù)據(jù)的

快速增長(zhǎng)5為什么這么快Sanger,UK6已完成測(cè)序的基因組(EBI)病毒(virus)1639包括多種流感病毒,HIV,SARS冠狀病毒等類(lèi)病毒(viroid)46主要是植物病毒質(zhì)粒(plasmid)627主要提自細(xì)菌中噬菌體(phage)469細(xì)胞器(organelle)1510如線(xiàn)粒體、葉綠體古細(xì)菌(archaea)54細(xì)菌(bacteria)694真核生物(eukaryota)78包括草履蟲(chóng)、瘧原蟲(chóng)、弓形蟲(chóng)、酵母、線(xiàn)蟲(chóng)、果蠅、海藻、水稻、雞、鼠、狗、人、黑猩猩等2008.97測(cè)序進(jìn)展GenBank中已超過(guò)2000億堿基對(duì)速度目前速度:10天一個(gè)基因組(細(xì)菌)目標(biāo):1天一個(gè)基因組價(jià)格目前價(jià)格:10000美元(細(xì)菌)目標(biāo):1000美元趨勢(shì):過(guò)去十幾年,每2年半價(jià)微小化、并列化:數(shù)千到數(shù)十萬(wàn)well多目標(biāo)化:腸內(nèi)幾十上百種微生物、土壤中全部微生物同時(shí)測(cè)序最小基因組研究、基因組人工合成8反應(yīng)通路(KEGG)glycolysispathway(糖酵解)京都基因與基因組百科全書(shū)(KyotoEncyclopediaofGenesandGenomes)10全細(xì)胞通路11人類(lèi)基因組計(jì)劃(2)人類(lèi)基因組計(jì)劃(HumanGenomeProject,HGP)由美國(guó)能源部(DepartmentofEnergy,DOE)和美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院(NationalInstitutesofHealth,NIH)組織完成1990年10月開(kāi)始,2003年4月完成(1953雙螺旋)參與國(guó):美、英、日、法、德、中并沒(méi)有完成測(cè)序(2006.5完成)13人類(lèi)基因組計(jì)劃(3)–超額完成目標(biāo)領(lǐng)域目標(biāo)實(shí)際達(dá)到完成時(shí)間完成時(shí)間15年13年2003.4遺傳圖2-5厘摩,600-1500個(gè)標(biāo)記1厘摩,3000標(biāo)記1994.9物理圖30000STS52000STS1998.10DNA序列95%含基因序列,99.99%99%,99.99%精確2003.4測(cè)序速度和費(fèi)用500Mb/年,<0.25美元/bp>1400Mb/年,<0.09美元/bp2002.11序列變異10萬(wàn)SNP3.7百萬(wàn)SNP2003.2基因識(shí)別全長(zhǎng)cDNA15000全長(zhǎng)cDNA2003.3模式生物大腸桿菌、酵母菌、線(xiàn)蟲(chóng)(C)、果蠅(D)基因組序列除完成上述,C.briggsae,D.pseudoobscura,大小鼠草圖2003.4功能分析發(fā)展基因組水平的技術(shù)高通量寡核苷酸合成、DNA微陣列、酵母全基因組水平敲除、蛋白雙雜交1994,1996,1999,200214生命科學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)和熱點(diǎn)發(fā)展趨勢(shì)系統(tǒng)生物學(xué):微觀還原,系統(tǒng)統(tǒng)一生物學(xué)(GeneralBiology)生物技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化熱點(diǎn)生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能研究基因組與細(xì)胞的研究腦科學(xué)和神經(jīng)科學(xué)研究行為科學(xué)研究關(guān)于遺傳、發(fā)育、分化、進(jìn)化的綜合理論研究生態(tài)環(huán)保研究15二、生物信息學(xué)簡(jiǎn)介17什么是生物信息

學(xué)(1)bioinformatics=bio+informatics生物信息學(xué)相關(guān)學(xué)科計(jì)算生物學(xué)(computationalbiology)系統(tǒng)生物學(xué)(systemsbiology)18什么是生物信息學(xué)(2)(大致地)計(jì)算機(jī)對(duì)生物信息的處理(多數(shù)人認(rèn)為,面窄)計(jì)算分子生物學(xué)(computationalmolecularbiology)(寬松地)甚至包括醫(yī)療成像、圖像分析、遺傳算法、人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)…(經(jīng)典)用計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存、比較、提取、分析、預(yù)言、模擬生物分子的組成與結(jié)構(gòu)。主要應(yīng)用(core)是序列分析(新)比較基因組學(xué)、功能基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、結(jié)構(gòu)基因組學(xué)19生物信息學(xué)發(fā)展階段(1)前基因組時(shí)代(pre-genomicsera)建立生物數(shù)據(jù)庫(kù)(1965,MargaretDayhoff的AtlasofProteinSequences;1982,GenBankRelease3)對(duì)位算法(1970,Needleman-Wunsch;1981,Smith-Waterman)1977,DNA測(cè)序和相應(yīng)的軟件分析(RAStaden)21發(fā)展階段(2)基因組時(shí)代(genomicsera)一批基因組被測(cè)序

1982噬菌體λ1995細(xì)菌1996酵母1998線(xiàn)蟲(chóng)1999果蠅22發(fā)展階段(3)基因組時(shí)代(genomicsera)數(shù)據(jù)庫(kù)搜索算法(1983,Wilbur-Lipman)快速序列相似性查找(1985,FASTN;1990,BLAST)機(jī)構(gòu)建立 1988,NCBI 1988,EMBnet 1993,Sanger1991,EST技術(shù)23發(fā)展階段(5)后基因組時(shí)代(post-genomicsera)比較基因組學(xué)(comparativegenomics)結(jié)構(gòu)基因組學(xué)(Struturalgenomics,2001)功能基因組學(xué)(Functionalgenomics)系統(tǒng)生物學(xué)系統(tǒng)樹(shù)重建(phylogenicreconstruction)25生物信息學(xué)基本方法(1)建立生物數(shù)據(jù)庫(kù)如GenBank,EMBL,DDBJ搜索數(shù)據(jù)庫(kù)如BLAST序列分析如比對(duì)(alignment)、注釋(annotation)、尋找外顯子統(tǒng)計(jì)分析如隱馬爾科夫模型(HMM)、貝葉斯分析(Bayesiananalysis)26三、發(fā)展現(xiàn)狀29學(xué)術(shù)1/51/2030我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀(1)–總括國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863)生物信息的獲取、加工和利用,建立數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)基因組和蛋白質(zhì)組學(xué)研究高通量藥物篩選、藥物設(shè)計(jì)生物芯片曙光系列生物信息學(xué)服務(wù)器基因組完成1％人類(lèi)基因組計(jì)劃(中國(guó)卷;3號(hào)染色體短臂“端粒至D3S3610”)(1994-2001.8)2001.10獨(dú)立完成水稻基因組“工作框架圖”繪制和數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)；完成國(guó)際水稻基因組計(jì)劃的20%其他:家豬、血吸蟲(chóng)、家雞、家蠶、大豆31我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀(2)生物信息學(xué)企業(yè)如華大、中科院等建立了一些中國(guó)生物信息學(xué)大會(huì)首屆,2001.4.11-13,北京,軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院第二屆,2002.6.28,北京大學(xué)第三屆,2008.10.6-9,武漢華中科技大學(xué)國(guó)際生物信息學(xué)大會(huì)首屆,2003第四屆,2006.6.10,中南大學(xué)32我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀(3)–主要研究中心北京華大基因研究中心(中科院基因組研究所)楊煥明國(guó)家人類(lèi)基因組南方研究中心(上海)陳竺、趙國(guó)屏

國(guó)家人類(lèi)基因組北方研究中心(北京)強(qiáng)伯勤清華大學(xué)生物系生物信息研究室孫之榮北京大學(xué)生物信息學(xué)中心羅靜初復(fù)旦大學(xué)理論生物中心鐘揚(yáng)33我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀(4)–研究中心中科院國(guó)家基因研究中心中科院理論物理所統(tǒng)計(jì)物理和理論生命科學(xué)陳曉松、郝柏林中科院生物物理所系統(tǒng)生物學(xué)研究中心陳潤(rùn)生、蔣太交中科院上海生命科學(xué)研究院生物信息中心李亦學(xué)中科院上海生化所中科院計(jì)算所生物信息實(shí)驗(yàn)室中科院遺傳所分子系統(tǒng)生物學(xué)中心韓敬東軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院生物工程