生物信息學的發展趨勢精選(九篇)

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第1篇：生物信息學的發展趨勢范文

生物信息學 生物科學 實踐教學

生物信息學作為一門新興的交叉性學科，綜合生物學、計算機科學和信息技術試圖，從大量數據中尋找具有指導和開創性價值的依據，為生命科學研究提供必要的、有效的系統模擬和信息預測結果。目前，生物信息學在生物醫學、生物工程、植物學、動物學、生態學、遺傳學、制藥和高科技產業領域中的應用越來越廣泛，產生巨大的影響力和推動力。

一、生物信息學在生物科學領域的作用

生物科學是研究生物結構、功能、發生和發展規律，及其與周圍環境關系的科學。在分子生物學技術突飛猛進的發展過程中，生物科學從傳統的個體及群體表征研究逐步演變為內在分子機制的研究，隨著基因測序技術的發展，生物科學領域的研究不僅聚焦于生物個體的內在分子機制，同時還從大量的生物個體的基因數據中獲取和解析生命的本質和規律，并以此嘗試對生命過程進行干涉和改造。而在獲取、解析、干涉和改造的過程中扮演重要角色的就是生物信息學。

生物信息學是在生物科學領域各個學科發展的過程中逐步產生的一門綜合性學科，該學科在生物科學領域的應用極為廣泛。目前，植物基因組研究取得了重大進展，水稻、大豆、小麥等農作物的遺傳圖譜、基因序列、基因組注釋已公布于美國國立生物技術信息中心（NCBI）的生物信息數據庫中。利用生物信息學的相關方法和技術能夠對這些數據進行查詢、統計和分析，從而更好地理解和認識植物基因組的功能，指導后續的科學研究和生產應用。傳統的生物學分類方法已經鑒定及分類了成千上萬的物種，但是隨著生物科學的發展和認知，越來越多的物種在遺傳進化上的分類依據較為模糊，而利用生物信息學結合傳統的分類學可以更好的研究生物類群間（植物、動物、微生物等）的異同性、親緣關系、遺傳進化過程和發展規律，這在當今的生物分類學中應用日趨廣泛。生物信息學還可以綜合利用數學、統計學和計算機等學科對生態系統進行模擬和計算分析，探索物種間基因流動的本質，揭示生態系統的物質和能量循環規律，從而為找到決定生態系統平衡和穩定的根本因素提供重要的依據，幫助生態系統平衡的恢復。此外，通過生物信息學技術構建遺傳工程菌，降解目標污染物的分子遺傳物質，從而達到催化目標污染物的降解，維護生態環境的空氣、水源、土地等質量，也是當今生態環境保護的新興研究方向。

二、生物信息學的學科內容和課程要求

生物信息學主要由基因組學、蛋白質組學、系統生物學、比較基因組學、計算生物學等學科構成，主要涉及的內容有生物數據的收集、存檔、顯示和分析，體外預測、模擬基因及蛋白質的結構和功能，對生物的遺傳基因圖譜進行分析處理，對大量的核苷酸和氨基酸序列進行比對分析，確定進化地位等。從生物信息學的概念及其涉及的內容中可以明確生物信息學不是一門獨立的學科，所以要求教師在教學過程中掌握多領域的知識和技能，才能較好地把握該課程。

1.高等數學和統計學基礎

生物信息學將數學和統計學作為主要的計算理論基礎，主要包括數學建模、統計方法、動態規劃方法、數據挖掘等方面。此外還包括隱馬爾科夫鏈模型（HMM）在序列識別上的應用，蛋白質空間結構預測的最優理論，DNA超螺旋結構的拓撲學，遺傳密碼和DNA序列的對稱性方面的群論等。因此，在生物信息學教學過程中要求教師具備數學及統計學的計算方法的基礎知識，能夠利用牛頓迭代法、線性方程回歸分析、矩陣求擬、最小二乘法等進行數學建模和計算，從而對基因和蛋白質序列進行比對、進化分析和繪制遺傳圖譜等。

2.生物科學基礎

生物信息學包含的生物類學科有，生物化學、分子生物學、遺傳學等基礎學科，基因工程、蛋白工程、生物技術等應用學科。根據其課程特點，學生在學習生物信息學課程前需要學習生物化學、分子生物學、遺傳學、基因組學、蛋白質組學等基本生物學課程，對于基因序列、蛋白質序列、啟動子、非編碼區等概念有深刻的理解，同時需要對一些重要的生物學數據庫有一定的了解，如美國基因數據庫（GeneBank）、歐洲分子生物學實驗室數據庫（Embl）和日本核酸數據庫（DDBJ）等。此外，要求學生能夠利用生物學數據庫查找基因序列、蛋白質序列、基因及蛋白質結構模型，能夠讀懂數據庫中基因和蛋白質的信息注釋，能夠計算蛋白質序列的分子量和等電點，能夠為擴增特定的基因片段設計引物，能夠對特定物種進行系統發育分析等。

3.計算機科學基礎

計算機是生物信息學的主要輔助工具，利用生物信息學研究生物系統的過程需要能夠熟練使用計算機對大量的生物信息數據進行處理和分析，這主要包括對數據信息進行搜索（收集和篩選）、處理（編輯、整理、管理和顯示）及利用（計算、模擬）。所以，學生在學習生物信息學的過程中需要了解和掌握一些常用的生物信息學軟件，如BLAST和FASTA序列比對分析軟件，Oligo和Primer引物設計軟件，VectorNTI、DNASTAR、DNASIS等綜合分析軟件。此外，學生還需要學習和掌握一些常用的計算機語言，如正則表達式、Unix shell腳本語言和Perl語言。

利用生物信息學在處理和分析海量生物數據的過程中，計算機軟硬件資源需要配合處理分析軟件的運行，因此要求計算機操作系統使用Unix和Linux操作系統，這些操作系統需要大量的操作命令進行輸入執行過程，對于經常使用Windows操作系統的學生來說是一個較難跨越的障礙。

三、生物信息學課程教學中存在的問題

目前國內大多數高校的生物信息學教學采用傳統的教學模式，即以課堂式的理論教學為主，缺乏必要的實踐教學。理論教學模式固定、教學方法單一、教學內容狹窄，通常是介紹性、科普性的課程，甚至作為公選課程。少數高校開展生物信息學的實踐課程教學，但多以驗證性實驗為主，缺乏和專業相適應的綜合性、設計性實驗，而開放性實驗更無從談起。

1.教學模式固定單一

生物信息學在內容層面涵蓋諸多學科領域，注重應用性和實踐性。然而，目前大部分高校把生物信息學作為一門孤立的課程，這導致教師需要將大多數課程內容壓縮到一門課程進行教學，在有限的教學時數下灌輸大量內容，增加了學生學習的難度，降低了教學質量。再者，大多數高校僅開展生物信息學的理論教學，忽視實踐教學過程，造成生物信息學理論與實踐內容的脫節，使學生在學習完理論知識后難以深入理解和吸收，無法將所學的知識應用到后續的工作和學習中，最終未能體現出該門課程的價值。

2.教師專業背景薄弱

作為一門交叉學科，生物信息學的教學要求教師具有較強的數學、生物學和計算機科學背景。然而，目前從事生物信息學教學的教師即便具備深厚的生物學背景，但是多數教師在數學和計算機方面較為薄弱，并不具備完整的生物信息學知識體系，對生物信息學發展趨勢也了解不多。在師資缺乏的情況下，院系開設生物信息學課程，教師為了完成教學任務，僅僅在教學中進行介紹性的講解，在課程考查方式上通過小論文、綜述和課外活動等方式完成該課程的學習。因此，無論是理論教學還是實踐教學均無法實現該課程大綱的要求，從而影響學生對生物信息學課程的理解和掌握，生物信息學的實踐操作能力更無從談起。

3.實踐教學薄弱，專業教材缺乏

生物信息學實踐課需要學生在網絡環境下用計算機學習NCBI數據庫的檢索與使用、序列比對分析軟件的應用、蛋白質空間結構圖視軟件的應用、序列拼接軟件的應用等。但是目前，大多數高校開設的生物信息學課程多以理論教學為主，實踐教學課時非常少或者為零，學生對于生物信息學課程的學習僅僅通過教材上抽象的文字描述進行理解和掌握，這導致學生在理論課中學到的知識無法在實踐課中進行驗證或操作，嚴重影響了生物信息學的教學質量，也偏離了教學大綱中強調的重在培養學生實踐操作能力的培養目標。

另外，目前還沒有適用于生物科學專業的生物信息學教材。國內各大高校使用的教材多為國外教材的影印版或者中文翻譯版本，這些教材偏重介紹生物信息學的理論和方法，涉及的實踐內容較少，學生需要具有較高的相關知識才能接受和使用這些教材。因此，部分高校在生物信息學教學過程中往往使用自家編寫的簡化教材，從而造成生物信息學教學內容不統一，教學大綱混亂等情況。

4.實踐課程經費不足，實踐教學環境落后

當今，許多發達國家都很重視生物信息學的教學和研究，積極開展各種生物信息資源的收集和分析工作，培養大量生物信息學人才，為整個生物學的理論研究及其相關產業創新（主要是醫藥和農業）提供指導和支撐。國內對生物信息學的關注和認識起步較晚，其發展落后于國際發達國家。國家和高校對生物信息學的教學和科研資金投入力度不大，缺乏必要的儀器設備，生物信息學的實踐教學條件得不到保障，比如大多數高校的生物科學專業沒有相應的計算機實訓室，配套軟件也相對匱乏，落后于國際發展水平。

四、生物信息學教學模式改革的探索

1.修改理論和實踐教學大綱，編寫適用的實踐教材

根據當今生物信息學的發展方向，制定和修改理論教學大綱，除了引物設計、基因和蛋白質序列比對、基因和蛋白質結構功能預測等基本內容外，還需添加系統進化樹分析、聚類分析、蛋白質互作網絡譜圖等較為綜合的內容。另外，增加實踐教學課程比例，充實實踐教學內容，結合理論教學內容增加綜合性、設計性實驗，適當提供科研環境，鼓勵開展開放性實驗。

目前國內并沒有系統的、專業的生物信息學實踐教材，因此針對高校生物科學專業方向的特點，聯合多學科領域（數學、生物科學、計算機科學）編寫相應的生物信息學實踐教材，在制定、修改實踐教學大綱和編寫教材的過程中結合學生的接受能力，由淺入深，多設實例和相關練習，使學生循序漸進的理解和掌握生物信息學的原理和方法，掌握更多的生物信息學工具。

2.緊密聯系科研、基于實踐問題開展教學

通過實踐教學把生物信息學教學與科研有機結合起來，能夠促進教學與科研的共同發展。在緊密聯系科研的過程中，采用基于問題的教學（PBL）方法，通過實踐教學環節，培養和訓練學生把所學的生物信息學的知識和方法應用于各種生物科學領域的科研活動中，通過解決實際問題訓練學生的實踐技能，從而促進教學與科研的雙重發展。例如，在生物信息學實踐教學中多加入生產和科研中遇到的經典實例，鼓勵學生利用相關的生物信息學軟件及相關的理論和方法解決問題。學生也可以選擇自己感興趣的課題，利用自己熟悉的、合適的生物信息學軟件和相關知識開展課題研究。此外，專業教師在指導學生課題研究的過程中還可以發現理論和實踐教學的不足，不斷的完善生物信息學理論和實踐課程大綱和內容，提高教學質量。

3.開展多學科實踐結合的教學模式

生物信息學屬交叉學科，包含了不同領域的專業知識和技能，為使生物信息學教學達到教學的目標，該課程教學需要采用多學科實踐結合的教學模式。

多學科實踐結合的教學模式是指聯合不同領域、不同學科、不同專業的課程在教學的過程中結合生物信息學涉及到的知識和技能進行基礎性、鋪墊性教學。比如，在高等數學和統計學的教學過程中，針對生物信息學的需求，適當增加數學建模、統計方法、動態規劃方法、數據挖掘等方面的基礎內容，同時，開設實例實踐教學，使學生理解和掌握隱馬爾科夫鏈模型，牛頓迭代法、最小二乘法等方法的應用原理和規則；在生物科學專業課程設置上，尤其是實踐課程的教學過程中，結合生物信息學涉及的引物設計、序列比對分析、基因及蛋白質結構功能預測等方面開展相應的設計性、綜合性、開放性實驗項目，使學生了解和掌握基本的生物信息學原理及軟件的應用；在計算機科學的教學過程中，應根據生物信息學的需求，開設正則表達式、Perl語言、R語言等課程學習，以及增加Linux和Unix操作系統課程學習，使學生在學習生物信息學前打好堅實的基礎。

值得注意的是，生物信息學課程與其他課程的開設時間和順序需要有一定的探索和評估，對于開設該課程的時間把握是開展多學科實踐結合的教學模式的關鍵因素。過早開設生物信息學則會導致學生在不具備相應學科基礎的條件下跨越式的接觸生物信息學，無法理解和掌握相關的知識和技能；過晚開設則會使學生學習了相關學科知識和技能后，由于課程銜接不緊，導致在學習生物信息學時出現理解滯后和無法適應的現象。因此，針對不同專業和學科的特點，根據具體情況進行統籌安排，使生物信息學和其他相關學科課程有很好的銜接和過渡，以確保和提高生物信息學的教學質量。

五、結語

生物信息學是現代基因組學時代的開闊者，也是生物科學研究的重要的工具和載體。針對生物信息學的特點，高校生物科學專業課程設置、教學方法、教學模式和教學軟硬件等需進行一定的改革，將多學科實踐結合的教學模式運用到生物信息學的教學實踐中，在提高教學質量的同時將更好的提升學生科研、應用和創新能力。

參考文獻：

[1] 郝柏林，張淑譽.生物信息學手冊[M].上海：上海科學技術出版社，2002.1-10.

[2]GUYD， NOELE， MIKEA. Using bioinformatics to analyse germplasm collections [J]. Springer Netherlands，2004.39-54.

[3]王春華，謝小保，曾海燕.深圳市空氣微生物污染狀況監測分析[J].微生物學雜志，2008，28（4）：93-97.

[4]張菁晶，馮晶，朱英國.全基因組預測目標基因的新方法及其應用.遺傳，2006， 28（10）：1299-1305.

[5]周海延.隱馬爾科夫過程在生物信息學中的應用.生命科學研究，2002， 6（3）：204-210.

第2篇：生物信息學的發展趨勢范文

【關鍵詞】 基因組學;教學改革;CAI課件;蛋白質組學

生命科學是21世紀學科發展的主流，人類的醫學史證明了僅依靠單一學科，如：細胞學、發育學、腫瘤學、人類遺傳學或分子生物學難以完成人類對自身的認識和保護。人類基因組學的產生和人類基因組計劃（human genome project， HGP）的完成，使得人類能夠對生命現象進行系統和科學地認識，揭示疾病產生的機制以及長壽與衰老等生命現象。本科生通過對基因組科學與人類疾病課程的學習，能夠了解什么是基因組科學，其主要研究方法和手段，如何從基因水平認識疾病、診斷疾病和治療疾病，為今后更深入地在臨床上應用這些知識為患者服務或是繼續更深入地進行理論研究奠定基礎。

1 課程改革的特點

彌補本科生對于生命科學，特別是基因組科學與人類疾病關系的認識，提高學生的科研能力，為將來的研究生階段的學習打下基礎，或是對于走上臨床認識疾病、治療疾病有促進作用。本課程是我校在本科生中新開設的一門選修課，本課程的開設得到了學校有關領導的高度重視，經多次論證和在學生中征求意見，學生的反響強烈，因此可以看出本科生對于本課程有極大的興趣，期望通過老師的講授能對于人類疾病從基因水平有全新的認識，對自己 的科研能力有一定的提高。

2 教學研究探索的幾個方面

2．1 更新教學內容 課程講授是當前生命科學中前沿領域的熱點問題。主要課程安排如下：前言；人類基因組計劃與DNA測序（包括基因組測序的發展、方法、DNA測序的規模化與工業化）；cDNA測序和基因表達譜的研究（包括cDNA文庫的構建、全長cDNA的克隆、基因表達譜的概念及其在醫學應用中的意義）；人類基因組DNA序列變異及其分析方法（包括人類基因組序列及其變異、基因組序列變異檢測的常用方法及基本原理、突變檢測在識別疾病相關基因中的應用）；基因治療（包括基因轉移和基因治療的早期歷史、基因治療的現狀、遺傳型基因治療、表遺傳型基因治療、基因治療的問題與展望）；基因工程技術（包括理論依據、基因工程技術的內容—目的基因獲取、克隆、表達、基因工程技術在臨床醫學中的應用現狀）；生物信息學（包括生物信息學的概念、產生的背景、生物信息學的研究現狀與發展趨勢、生物信息學在醫學領域中的應用）；蛋白質組學（包括蛋白質組學的概念及其在生命科學研究中 的意義、國內外相關研究動態、蛋白質組學研究發展展望）；生物芯片（生物芯片的原理、種類及在醫學領域中的應用）；生物安全（包括生物安全的概念及含義、轉基因生物的安全性、轉基因動物及其產品的安全性、轉基因食品安全性、醫藥生物技術及其產品的生物安全、國內外生物安全法規及管理）等內容。

2．2 本課程將采取理論與實驗相結合的教學方法 鼓勵學生敢于提出問題，獨立思考問題，老師與學生共同參與教學內容。根據學生人數安排一定的動手操作實驗的課程［1，2］。

2．3 采用多媒體教學形式，加深學生的理解 一方面，可以加深同學的理解能力；另一方面，對于條件不允許的實驗，學生可以通過多媒體的形式了解實驗過程［3］。

2．4 將科研的思路、科研的方法融入教學之中，提高學生的科研能力 課堂教學中和課下作業安排一定量的文獻檢索、文獻翻譯閱讀、科研方法設計、預測實驗結果等內容。

2．5 改革考試形式 采取閉卷筆試與課下查文獻、答題相結合的形式。

2．6 改革課程用教材 重新更新編寫適合本科生參閱并適合當前基因組科學最近發展的教材，并計劃出版發行。

3 教學效果的學生評價

聽取學生反饋意見分為3種形式。

3.1 采用不記名問卷的形式反饋學生意見 問卷內容包括實驗內容的安排、教師授課質量、希望的授課內容方式、感興趣的實驗內容等等。

3.2 建立學生公共信箱 一方面可以將某些授課內容、習題、思考題等通過公共信箱讓同學下載，另一方面學生可以將公共信箱作為與老師的互動平臺，及時反饋對課程提出的建議和意見，老師定期瀏覽信箱，及時調整課程安排。

3.3 整學期課程進行中期和結課前安排兩次學生課堂討論 討論時間20min左右，及時反饋信息，提高理論與實驗教學質量。

總之，本科生的基因組科學與人類疾病課程是一門較新的課程，在諸多方面需要進行改革探索，以適應當前生命科學發展的需要并滿足學生汲取新知識的需要。

【參考文獻】

1 常冰梅，王惠珍，張悅紅.醫學七年制生物化學教學方法探索.山西醫科大學學報(基礎醫學教育版)，2005，(6):37.

第3篇：生物信息學的發展趨勢范文

關鍵詞:制藥;新技術;發展;分析

中圖分類號:X787 文獻標識碼:A文章編號:1007-9599 (2010) 01-0000-01

生物技術藥物(biotech drugs)或稱生物藥物(biopharmaceutics)是集生物學、醫學、藥學的先進技術為一體,以組合化學、藥學基因(功能抗原學、生物信息學等高技術為依托,以分子遺傳學、分子生物、生物物理等基礎學科的突破為后盾形成的產業。

一、當前生物制藥技術的發展方向

目前生物制藥主要集中在以下幾個方向:

1.腫瘤在全世界腫瘤死亡率居首位,美國每年診斷為腫瘤的患者為100萬,死于腫瘤者達54.7萬。用于腫瘤的治療費用1020億美元。腫瘤是多機制的復雜疾病,目前仍用早期診斷、放療、化療等綜合手段治療。今后10年抗腫瘤生物藥物會急劇增加。如應用基因工程抗體抑制腫瘤,應用導向IL-2受體的融合毒素治療CTCL腫瘤,應用基因治療法治療腫瘤(如應用γ-干擾素基因治療骨髓瘤)。基質金屬蛋白酶抑制劑(TNMPs)可抑制腫瘤血管生長,阻止腫瘤生長與轉移。這類抑制劑有可能成為廣譜抗腫瘤治療劑,已有3種化合物進入臨床試驗。

2.神經退化性疾病 老年癡呆癥、帕金森氏病、腦中風及脊椎外傷的生物技術藥物治療,胰島素生長因子rhIGF-1已進入Ⅲ期臨床。神經生長因子(NGF)和BDNF(腦源神經營養因子)用于治療末稍神經炎,肌萎縮硬化癥,均已進入Ⅲ期臨床。美國每年有中風患者60萬,死于中風的人數達15萬。中風癥的有效防治藥物不多,尤其是可治療不可逆腦損傷的藥物更少,Cerestal已證明對中風患者的腦力能有明顯改善和穩定作用,現已進入Ⅲ期臨床。Genentech的溶栓活性酶(Activase重組tPA)用于中風患者治療,可以消除癥狀30%。

3.自身免疫性疾病 許多炎癥由自身免疫缺陷引起,如哮喘、風濕性關節炎、多發性硬化癥、紅斑狼瘡等。風濕性關節炎患者多于4000萬,每年醫療費達上千億美元,一些制藥公司正在積極攻克這類疾病。

4.冠心病美國有100萬人死于冠心病,每年治療費用高于1170億美元。今后10年,防治冠心病的藥物將是制藥工業的重要增長點。Centocor′s Reopro公司應用單克隆抗體治療冠心病的心絞痛和恢復心臟功能取得成功,這標志著一種新型冠心病治療藥物的延生。

基因組科學的建立與基因操作技術的日益成熟,使基因治療與基因測序技術的商業化成為可能,正在達到未來治療學的新高度。轉基因技術用于構造轉基因植物和轉基因動物,已逐漸進入產業階段,用轉基因綿羊生產蛋白酶抑制劑ATT,用于治療肺氣腫和囊性纖維變性,已進入Ⅱ,Ⅲ期臨床。大量的研究成果表明轉基因動、植物將成為未來制藥工業的另一個重要發展領域。

二、現代生物制藥新技術發展趨勢

未來生物技術將對當代重大疾病治療劑創造更多的有效藥物,并在所有前沿性的醫學領域形成新領域。

生物學的革命不僅依賴于生物科學和生物技術的自身發展,而且依賴于很多相關領域的技術走向,例如微機電系統、材料科學、圖像處理、傳感器和信息技術等。盡管生物技術的高速發展使人們難以作出準確的預測,但是基因組圖譜、克隆技術、遺傳修改技術、生物醫學工程、疾病療法和藥物開發方面的進展正在加快。

除了遺傳學之外,生物技術還可以繼續改進預防和治療疾病的療法。這些新療法可以封鎖病原體進入人體并進行傳播的能力,使病原體變得更加脆弱并且使人的免疫功能對新的病原體作出反應。這些方法可以克服病原體對抗生素的耐受性越來越強的不良趨勢,對感染形成新的攻勢。

除了解決傳統的細菌和病毒問題之外,人們正在開發解決化學不平衡和化學成分積累的新療法。例如,正在開發之中的抗體可以攻擊體內的可卡因,將來可以用于治療成癮問題。這種方法不僅有助于改善癮君子的狀況,而且對于解決全球性非法貿易問題具有重大影響。

各種新技術的出現有助于新藥物的開發。計算機模擬和分子圖像處理技術(例如原子力顯微鏡、質量分光儀和掃描探測顯微鏡)相結合可以繼續提高設計具有特定功能特性的分子的能力,成為藥物研究和藥物設計的得力工具。藥物與使用該藥物的生物系統相互作用的模擬在理解藥效和藥物安全方面會成為越來越有用的工具。例如,美國食品藥物管理局(FDA)在藥物審批的過程中利用Dennis Noble的虛擬心臟模擬系統了解心臟藥物的機理和臨床試驗觀測結果的意義。這種方法到2015年可能會成為心臟等系統臨床藥物試驗的主流方法,而復雜系統(例如大腦)的藥物臨床試驗需要對這些系統的功能和生物學進行更為深入的研究。

藥物的研究開發成本目前已經高到難以為繼的程度,每種藥物投放市場前的平均成本大約為6億美元。這樣高的成本會迫使醫藥工業對技術的進步進行巨大的投資,以增強醫藥工業的長期生存能力。綜合利用遺傳圖譜、基于表現型的定制藥物開發、化學模擬程序和工程程序以及藥物試驗模擬等技術已經使藥物開發從嘗試型方法轉變為定制型開發,即根據服藥群體對藥物反應的深入了解會設計、試驗和使用新的藥物。這種方法還可以挽救過去在臨床試驗中被少數患者排斥但有可能被多數患者接受的藥物。這種方法可以改善成功率、降低試驗成本、為適用范圍較窄的藥物開辟新的市場、使藥物更加適合適用對癥群體的需要。如果這種技術趨于成熟,可以對制藥工業和健康保險業產生重大影響。

第4篇：生物信息學的發展趨勢范文

關鍵詞 分子腫瘤學；研究型教學；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：B 文章編號：1671-489X（2013）12-0081-02

近年來，惡性腫瘤已成為嚴重威脅國民健康的重要疾病之一。在全球范圍內，每年新發癌癥患者約1000多萬，死亡700多萬。我國每年新發病例也逐步提升，如何有效防治惡性腫瘤已成為醫學界面臨的時代難題[1]。世界各國政府紛紛大力投入，積極探索新技術、新方法，使腫瘤學研究得到飛速發展。

分子腫瘤學是生物學與醫學的交叉學科，是將分子生物學技術應用于腫瘤相關基因及其表達產物的研究中，進而闡明腫瘤的發生、發展及其本質，為腫瘤的預防、診斷和治療提供新措施。北京工業大學生命科學與生物工程學院以抗腫瘤藥物的研發為學科發展方向，但隨著現代生物技術發展的日新月異，原有的一些腫瘤學基礎知識已不能完全滿足當前科研的發展需求。為適應生物前沿技術發展趨勢，有力地推動生物技術向多專業滲透，促進邊緣交叉學科領域的發展，學院首次為研究生開設分子腫瘤學這門課程，主要從分子水平上深入闡述腫瘤學研究的新進展，并結合學院研究生培養目標和課程建設的要求，對該課程教學內容、教學方法以及考核方式等方面進行嘗試與探索。這一舉措必將促進學院在生物領域和醫學領域的科學研究和學科建設。

1 以腫瘤基礎研究為背景確立課程教學內容

隨著我國醫學模式的轉變以及全球性衛生重點的轉移，腫瘤的防治研究成為科教興國戰略的重要組成部分，不論是腫瘤發生發展的分子機制，還是臨床腫瘤診斷治療，都取得長足進步[1]。

北京工業大學生命科學與生物工程學院生物醫學工程專業以探究腫瘤發生發展機制、抗腫瘤藥物開發以及基因治療等為主要研究方向，與醫學腫瘤專業相比，在定位和針對性方面都有較為鮮明的特色。學院研究生大多數具有生物學等工科背景，掌握分子生物學、細胞生物學、免疫學及病毒學等豐富的理論知識，在基礎研究方面具有優勢，但缺少一定的臨床腫瘤學知識。因此，分子腫瘤學這門課程的開設不同于醫學院傳統的臨床腫瘤學課程，而是著重以腫瘤基礎研究為背景，拓寬研究領域，深化研究層次。授課內容涉及腫瘤發生發展分子機制及其基因治療、分子藥靶、腫瘤表觀遺傳學等相關領域，以及腫瘤干細胞、miRNA、RNA干擾、蛋白質組學和生物信息學等前沿領域，從基因層面探討腫瘤發生機制和有效的治療措施。在此基礎上，進一步發現新的腫瘤標志物，用于腫瘤的早期預測與防治。

2 以研究型教學為主導確立課程教學方法

研究生的課程教學處于從本科時期的知識學習型階段向課題研究型階段過渡的重要時期，是研究生培養過程中的一個基礎環節。因此，這就決定了研究生課程教學不應僅僅只是本科式的知識傳授的延續，而應是知識傳授與科研能力培養并重。但當前高校教學中仍以傳統的灌輸式教學方法為主，師生交流與互動少，只適于簡單的傳授知識，不利于培養研究生自主學習和科研創新能力。

2.1 轉變觀念意識，優化課程設置

為了更好地增強教學效果，培養學生的綜合能力，在開設分子腫瘤學課程之初就積極轉換教學觀念，以研究型教學為主導，結合課程的基礎性與前沿性，優化課程設置，確立新的教學模式[2]。根據學校的研究生培養目標，制定出一套適應研究生教育的教學大綱，既滿足研究生的知識需求，又能反應出學科水平和發展趨勢。在整個教學過程中，以學生為中心，教師發揮組織和引導作用，根據課程具體內容、學生知識背景及理解能力等因素，充分激發學生的主動性與積極性。

在課程設置中，沒有采用固定的教材形式，而是根據學生背景知識的差異，結合當前生物前沿技術在腫瘤學領域的研究趨勢，采用啟發式、講座研討式的教學方式，有目的性地開展授課。課程內容主要分為三部分：

第一部分著重介紹一些腫瘤學相關基本知識，包括細胞生物學如細胞結構與功能、分子生物學如腫瘤的分子標志物等基礎知識，既照顧了那些基礎薄弱的學生，同時給基礎好的學生進行了復習；

第二部分重點從細胞周期與凋亡、細胞信號轉導、血管生成、侵襲轉移、耐藥性等方面闡述腫瘤的癌變機制和腫瘤惡性演進機制；

第三部分介紹腫瘤的分子診斷、預防與治療等內容與研究進展。

在授課中，從激發學生的創新思維目的出發，鼓勵研究生參與課堂討論，并結合學院一些學術前沿講座，通過學術報告和學術交流，使學生更廣泛拓寬學術視野，提高綜合科研水平。

2.2 研究型教學在課堂中的實踐

研究型教學是在教師的啟發指導下，以學生獨立自主學習和合作討論為前提，以教學中的難點重點內容、有爭議的學術問題或學科前沿問題為研究內容，通過學生查閱資料、獨立鉆研和認真思考展開課堂討論和交流，使不同的學術觀點相互碰撞、交流與補充[3]。

分子腫瘤學屬于腫瘤學領域的前沿學科，知識更新快，教材不能涵蓋最新的研究內容，因此在授課過程中不能以單一的教材作為參考資料。在教學之前提前做好研究性學習，從同行認可度高的期刊中查閱相關領域的最新研究文獻，不斷更新知識，在課堂上根據授課內容適時引入這些新技術新方法，既豐富了教學內容，又調動了學生的科研興趣。

分子生物學、細胞生物學是腫瘤研究的基礎，教學內容涵蓋的知識點多、涉及面廣，新技術與新方法的出現日新月異。如在給學生介紹細胞信號轉導這章內容時，課前根據學生研究興趣與方向設定一些知識點與問題，讓學生課后分組查閱相關文獻，準備PPT在課堂交流學習。如選擇一個信號通路，查閱該通路包括的知識點，如蛋白種類、特點及調控功能，思考該通路在腫瘤生成中發揮怎樣的機制？是否有其他小分子如miRNA的參與等？學生課后準備充分，結合自己今后的研究方向，積極探索與發現問題，在課堂交流中活躍，既豐富了課堂教學內容，又促進了對新知識的學習。

此外，還注重將本學院的研究成果融入教學過程中，如在介紹病毒與腫瘤這章內容時，為學生介紹學院科研小組對艾滋病、宮頸癌、食管癌等腫瘤病的研究進展與研究成果；在講細胞生物學時，結合本實驗室在干細胞領域的研究思路與研究進展，為學生介紹干細胞包括腫瘤干細胞、IPS細胞的特征及其在臨床中的應用前景。這樣讓學生更全面了解本學院的研究現狀與發展趨勢，為今后進實驗室開展研究工作奠定基礎。

3 完善課程考核方式

課程考核是課程質量的重要內容，以多種形式考核指標來完善考核方式。在分子腫瘤學的課堂教學中，主要從課堂出勤、論文撰寫、專題討論三方面加以評估。其中專題討論和論文撰寫分別占總成績的70%。在研究生的培養中，文獻查閱是研究生從事科學研究非常重要的一個環節，學生可以在查閱、積累、梳理資料中消化、理解知識，并與相關知識融會貫通，運用各種知識解決實際問題。因此，撰寫某一個感興趣領域的研究進展論文是考核的重要內容之一。論文統一按照期刊發表的格式來撰寫，考評內容包括論文格式的規范性、選題的新穎性、文獻的代表性等。

專題討論部分的考評主要通過學生對文獻的理解程度，包括能否把握文獻的核心內容，能否提出自己對文獻研究內容的完善建議。同時，學生學術交流水平也納入成績考核部分，包括多媒體課件的制作、學術表述的流暢性和學術交流過程的應對能力。這樣既可以考核學生查閱文獻的能力，同時可以鍛煉撰寫論文的能力。

4 結束語

腫瘤的分子生物學研究一直是生命科學和醫學研究的熱點，尤其是癌基因的研究。隨著科學技術的發展，生物芯片、RNA技術、表觀基因組學及生物信息學等分析方法逐漸成為腫瘤研究的一種高效手段，使研究者更深入地了解疾病發生的分子機制，掌握癌基因特異性的分布規律，揭示基因信號內在的生物學意義，有力地促進腫瘤學的發展，為腫瘤的臨床治療奠定基礎。

北京工業大學生命科學與生物工程學院專門為生物技術專業研究生開設分子腫瘤學這門課程，旨在為工科院校培養側重于腫瘤學基礎研究的復合專業型人才。在教學中轉變教學觀念，引入研究型教學模式，把研究的意識、思維、觀點與方法融入教學中，強調對知識學習的自主性與探究性，注重學習過程中研究生的實踐與體驗[4]。在課堂教學中根據課程性質、教學內容和學生特點，創造性地進行教學設計，激發學生的科研興趣，有利于全面培養研究生的綜合創新能力。

參考文獻

[1]陳正堂，等.腫瘤學專業現狀與發展設想[J].醫學雜志，2011，36（4）：315-318.

[2]王文靜.中國教學模式改革的實踐探索：“學為導向”綜合型課堂教學模式[J].北京師范大學學報：社會科學版，2012（1）：

18-24.

第5篇：生物信息學的發展趨勢范文

生物化學工程（又叫生化工程或生物化工）是化學工程與生物技術相結合的產物。生物化工是生物技術的重要分支。與傳統化學工業相比，生物化工有某些突出特點：①主要以可再生資源作原料；②反應條件溫和，多為常溫、常壓、能耗低、選擇性好、效率高的生產過程；③環境污染較少；④投資較小；⑤能生產目前不能生產的或用化學法生產較困難的性能優異的產品。由于這些特點，生物化工已成為化工領域重點發展的行業。

1.世界生物化工行業的現狀

生物化工發展至今已經歷了半個多世紀，最早主要是生產抗生素；隨后，是為氨基酸發酵、舀體激素的生物轉化、維生素的生物法生產、單細胞蛋白生產及淀粉糖生產等工業化服務。自20世紀80年代起，隨著現代生物技術的興起，生物化工又利用重組微生物、動植物細胞大規模培養等手段生產藥用多肽、蛋白、疫苗、干擾素等。而且，生物化工的應用已涉及到人民生活的方方面面，包括農業生產、化輕原料生產、醫藥衛生、食品、環境保護、資源和能源的開發等各領域。隨著生物化工上游技術——生物工程技術的進步以及化學工程、信息技術（IT）和生物信息學（bioinformatics）等學科技術的發展，生物化工將迎來又一個嶄新的發展時期。

生物化工行業經過50多年的發展，已形成了一個完整的工業體系，整個行業也出現了一些新的發展態勢。下面簡要描述生物化工行業的現狀。

1．1工業結構

由于生物化工涉及面廣，涉及的行業多，所以從事生物化工的企業較多。據報道，90年代中期，美國生物化工企業有：000多家，西歐有580多家，日本有300多家。近年來，雖然由于行業競爭日趨激烈，生物化工企業有較大幅度減少，但與生命科學（主要指醫藥和農業生化技術）諸侯割據的局面相比，生物化工行業依然是百花齊放，百家爭鳴。既有象諾華、捷利康等從事生命科學的世界性大公司，也有象DSM、諾和諾德等大型的精細化工公司，當然也有在某一方面有專長的小公司如Altus等。而且，由于世界大公司正把注意力向生命科學部分轉移，生物化工行業百花齊放的局面在很長一段時間內不會有什么改變。

1．2產品結構

傳統的生物化工行業主要是指抗生素（如青霉素等）、食品（如酒精、味精等）等行業，而在目前，它已幾乎滲透到人民生活的各方面如醫藥、保健、農業、環境、能源、材料等。同時，生物化工產品也得到了極大的拓展：醫藥方面有各種新型抗生素、干擾素、胰島素、生長激素、各種生長因子、疫苗等；氨基酸和多肽方面有賴氨酸、天冬氨酸、丙氨酸、蘇氨酸、脯氨酸等以及各種多肽；酶制劑有160多種，主要有糖化酶、淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶、青霉素酶、過氧化氫酶等；生物農藥有Bt、春日霉素、多氧霉素、井崗霉素等；有機酸有檸檬酸、乳酸、蘋果酸、衣康酸、延胡索酸、已二酸、脂肪酸、卜酮戊二酸、l亞麻酸、透明質酸等。還有微生物法1，3．丙二醇、丙烯酞胺等。

目前，全球生物化工年銷售額在400億美元左右，每年約以7％～8％的速率增長。從產品結構來看，生物化工領域生產規模范圍極廣，市場年需求量僅為千克級的干擾素、促紅細胞生長素等昂貴產品（價格可達數萬美元／g）與年需求量逾萬噸的抗生素、酶、食品與飼料添加劑、日用與農業生化制品等低價位產品（部分價格不到：美元／g）幾乎平分秋色。高價位的產品市場份額在50％～60％，低價位的產品市場份額在40％～50％。而且，根據近年來生物化工的發展趨勢及人們對醫藥衛生的重視來看，高價位產品的發展速率高于低價位產品。

1．3技術水平

生物化工經過80年代以后的蓬勃發展，不僅整個行業技術水平有大幅度提高，而且許多新技術也得到廣泛應用。

1．3．1發酵工程技術已見成效

據估計，全球發酵產品的市場有120～130億美元，其中抗生素占46％，氨基酸占16.3％，有機酸占13．2％，酶占10％，其它占14．5％。發酵產品市場的增大與發酵技術的進步分不開。現代生物技術的進展推動了發酵工業的發展，發酵工業的收率和純度都比過去有了極大的提高。目前世界最大的串聯發酵裝置已達75m＼許多公司對發酵工藝進行了調整，從而降低了生產成本。如ADM（ArcherDanie1sMid1and）和Cargill公司在20世紀90年代初對其發酵裝置進行改造，將以碳水化合物為原料的生產工藝改為以玉米粉為原料，從而降低了生產成本，ADM公司生產的賴氨酸成本比原先降低了一半。

1．3．2酶工程技術有了長足的進步

酶工程技術包括酶源開發、酶制劑生產、酶分離提純和固定化技術、酶反應器與酶的應用。目前世界酶制劑從酶源開發到酶的應用都已進入了良性發展階段，各階段生產企業和用戶關系密切，合作廣泛。據報道，1998年全球工業酶制劑的銷售額為13億美元，預計到2010年將增長到30億美元，每年以6．5％的速率增長。其中食用酶占40％，洗滌用酶占33％，其它（主要是紡織、造紙和飼料等用酶）占27％。

1．3．3分離與純化技術也有很大進步

影響生化產品價格的因素，首當其沖的是分離與純化過程，其費用通常占生產成本的50％～70％，有的甚至高達90％。分離步驟多、耗時長，往往成為制約生產的“瓶頸”。尋求經濟適用的分離純化技術，已成為生物化工領域的熱點。已大規模應用的分離純化技術有：雙水相革取、新型電泳分離、大規模制備色譜、膜分離等。

1．3．4上游技術廣泛應用于下游生產

利用基因工程技術，不但成倍地提高了酶的活力，而且還可以將生物酶基因克隆到微生物中，構建基因菌產生酶。利用基因工程，使多種淀粉酶、蛋白酶、纖維素酶、氨基酸合成途徑的關鍵酶得到改造、克隆，使酶的催化活性、穩定性得到提高，氨基酸合成的代謝流得以拓寬，產量提高。隨著基因重組技術的發展，被稱為第二代基因工程的蛋白質工程發展迅速，顯示出巨大潛力和光輝前景。利用蛋白質工程，將可以生產具有特定氨基酸順序、高級結構、理化性質和生理功能的新型蛋白質，可以定向改造酶的性能，從而生產出新型生化產品。

1．3．5新技術在生物化工中也得到了極大的應用

比如，在超臨界液體狀態下進行酶反應，從而大大降低酶反應過程的傳質阻力，提高酶反應速率。超臨界C02無毒、不可燃、化學情性、易與反應底物分離。利用超臨界CO2取代有機溶劑進行酶反應，具有極大的發展潛力。又比如，微膠羹技術已被廣泛用于動物細胞的大規模培養、細胞和酶的固定化以及蛋白質等物質的分離方面。

2．世界生物化工行業的發展趨勢

2．1工業結構

行業與行業間的劃分將日趨模糊，企業間的合作將加大。目前，許多從事醫藥、農業、環境、能源等方面生產的企業，正在從事生物化工生產。特別是某些從事傳統化工行業的生產廠家，也紛紛涉足生物化工領域。如杜邦公司，長期以來主要從事有機化工和聚合材料的生產，現在正加大生物化工的開發力度，已開發成功了生物法生產1,3-丙二醇工藝，并正在開發用改性大腸桿菌生產己二酸工藝。DSM公司以前主要從事抗菌素方面的生產，現也加大了生物化工的投資力度。

由于生物化工涉及面廣，許多生化公司都有自己的專長，它們之間為了商業利益的合作也非常活躍。此外，隨著從事傳統行業的生產廠家的加入，由于技術與生產方面的原因，它們與從事生物化工開發與生產的企業合作也很頻繁。所有這一切，都使生物化工行業的合作越來越廣泛。如杜邦公司與杰寧科樂公司合作開發用生物法生產1，）丙二醇，進一步生產PTT樹脂。荷蘭的Purac公司與美國Cagill公司合資建設年產3．4萬tL。乳酸裝置，并計劃進一步發展到6．8萬V入DSM公司與美國Maxygen公司簽定了三年的研究合同，以利用Maxygen的DNA重排和分子培養技術，開發在7一ADCA和其它青霉素生產中使用的酶和菌種。2．2產品結構

生物化工產品正向專業化、高科技含量、高附加值方向發展。傳統的低價位產品受到冷落，而高價位產品如生化藥物、保健品、生化催化劑等則備受青睞。許多公司為了追求較高利潤，都將低附加值的產品剝離。如日本武田藥品工業公司不再生產味精，轉而生產其它高附加值的調味品如肌甘酸二鈉（IMP）和鳥甘酸二鈉（GwtP）。另外，生物化工將涉足它以前很少涉足的領域如高分子材料和表面活性劑等。

生化藥物由于附加值高而成為今后生物化工領域發展的重點。1997年生化藥物市場銷售額達130億美元，其中細胞分裂素80億美元，激素30億美元，其它20億美元；就具體藥物而論，促紅細胞生長素35億美元，人胰島素18億美元，粒性白細胞克隆刺激因子16億美元，人生長激素15億美元，小干擾素11億美元。預計今后其市場銷售額還將以8％的速率增長。

在氨基酸方面，雖然用于藥物合成氨基酸的量相對較小，但其發展潛力很大。據報道，500種主要藥物中，有18％含有氨基酸或其衍生物的合成。在藥物合成中，使用最廣泛的是L。脯氨酸、r苯甘氨酸和r對羥基苯甘氨酸。L。脯氨酸用于血管緊張素轉化酶（ACE）的合成，匹苯甘氨酸和r對羥基苯甘氨酸用于抗生素的合成。另外，多肽也是今后的發展重點之一。多肽是指有2以上氨基酸用肽鍵組成的化合物，在臨床上使用非常廣泛，主要用于治療癌癥、HIV病毒和兔疫系統功能減退、對傳統抗生素產生抗體的感染以及疫苗等。全球合成多肽原藥的產量在100kg左右，但銷售額達2．5億～3億美元，而做成制劑的銷售額則達25億～30億美元。多肽原藥需求量的年增長率在10％以上。

碳水化合物方面，用于臨床的碳水化合物受到人們越來越多的關注。但是，用于臨床的碳水化合物結構復雜，如一對單糖，其不同的化學鍵就多達22種。因此，用化學法合成復雜的碳水化合物比較困難，難以實現工業化，而用酶法合成則是一條切實可行的途徑。

作為生化催化劑的酶，也將是今后發展的重點。1997年，生化用催化劑銷售額約1．3億美元，在過去的3～5年間，每年增長速率在8％～9％，預計在未來的3～5年間，將以同樣速度增長。生化催化劑主要用于手性藥物的合成。當前，手性藥物已成為國際新藥研究與開發的新方向之一。

1997年手性藥物制劑世界市場的銷售額為879億美元，占藥品市場的28．3％，到2000年將達到900億美元。在未來的25年內，約有一半的手性藥物要通過生化催化合成，因此，生化催化劑無論從需求量和需求種類來看，都具有很大的發展潛力。

生化表面活性劑由于具有無毒、生物降解性好等優點，今后可能成為表面活性劑的升級換代產品，但目前還處于探索階段。

生物化工在高分子材料、特殊化學品、生物晶片、環保等方面也將有極大的發展潛力。

2．3技術水平

不斷提高菌株活力、發酵水平、生化反應過程、分離純化水平，依然是生物化工面臨的課題。

在菌種開發方面，由于從20世紀70年代以來從自然界中篩選菌種以獲得新的代謝產物的機會明顯減少，人們便考慮利用已知菌種經適當改變其代謝特性后生產新的產品。如日本協和發酵公司已成功地把生產谷氨酸的菌種改為生產色氨酸。

在生化反應器方面，反應器放大一直是一個老大難的問題。因此，利用計算機技術對整個生化反應過程進行數字化處理，從而優化反應過程，是今后的發展方向之一。

在分離純化方面，親和層析受到廣泛重視，并有人研制了一種綜合專家系統軟件包，可在幾分鐘內告知對方被分離物系的分離方法和順序，以便根據產品所需進行取舍。

另外，在生化過程的在線檢測和控制方面，利用生物傳感器和計算機監控，依然是今后的發展方向。

在酶催化反應中將發展有機溶劑中的催化反應。

生物上游技術的發展，將對生物化工產生深遠影響。人們對從病毒、細菌、植物、動物到人類基因組順序測定工作十分重視，并在此基礎上形成了基因許多產品一哄而上，盲目上馬，遍地開花，最終形成惡性競爭，許多企業破產倒閉。在競爭中生存下來的企業，也是元氣大傷，難以進一步組織技術改造。如僅江蘇省停產的發酵生產線就多達上百條。另外，行業內企業間的生產水平相差懸殊，企業技術裝備水平達到20世紀80年代以后國際先進水平的僅占20％～30％，多數處于20世紀60～70年代水平。

二是產品結構不合理，品種單一，低檔次產品重復生產，不能適應需求。在我國高檔的醫藥生化產品如激素、生長因子、干擾素、藥用多肽等，有的產量很小，有的沒有生產，因此每年都需進口。

三是在生產技術上，工藝、設備不配套，上下游技術不配套，產物的收得率低。我國雖然某些產品如檸檬酸、乳酸等發酵水平較高，但大多數產品的收率都低于國外，酶制劑的活力也明顯低于國外，生化反應器和分離純化技術更是落后國外15～20年。每年都要花費大量資金從國外進口生物反應器、細胞破碎機、分離純化設備及分離介質、生物傳感器和計算機監控設備。

四是有些產品投入產出比達15／＝以上，造成嚴重的資源浪費和環境污染。

五是基礎研究薄弱，技術創新能力不強，企業的技術開發、技術吸收能力差，生產發展多數依靠傳統的夕蜒型、粗放型擴大投資的增長模式，效益低、市場競爭力低。

3．2建議針對我國生物化工行業存在的問題，筆者有以下建議：

3．2．1擴大經濟規模，提高競爭力要鼓勵建設大型的生物化工企業集團公司，使之集科研、開發、生產、銷售干一體。尤其要培育一批科技創新型企業。同時，也要鼓勵在某些方面有一定特色的小型技術創新型生化公司的發展，并淘汰一批生產規模小、生產技術落后、沒有市場競爭力的企業，從整體上優化我國生物化工的產業結構。

3．2．2調整產品結構要發展高檔產品，如高檔醫藥生化產品、功能性食品及添加劑（主要有低熱值、低膽固醇、低脂肪、提高免疫功能、抗炎、抗癌等產品）、生化催化劑等。另外，也應發展眾多精細化工產品及用化學法無法生產或很難生產的產品，如微生物多糖、生物色素、工業酶制劑、甜味劑、表面活性劑、高分子材料等。

3．2．3節約有限資源，強化環境保護在生化生產組學（genomics）。近年來又在信息學（informatics）的基礎上建立了生物信息學（bioinformatics）。信息學的內容包括信息科學十生物技術十生物工程十生物動力學等的綜合信息系統。可以預見，基因組學和生物信息學在生物化工中應用的商業前景極為可觀。

另外，其它行業的新技術如分子蒸餾技術、組合化學（combinatoricalchemistry）等，也將在生物化工中得到應用。

3.我國生物化工的發層現狀及建議

3．1發展現狀

我國生物化工行業經過長期發展，已有一定基礎。特別是改革開放以后，生物化工的發展進入了一個嶄新的階段。目前生物化工產品也涉及醫藥、保健、農藥、食品與飼料、有機酸等各個方面。

在醫藥方面，抗生素得到迅猛發展61998年我國抗生素的產量達到33486h青霉素的產量居世界首位。其它生化藥物中，初步形成產業化規模的有干擾素、白細胞介素。2、乙型肝炎工程疫苗。

在農藥方面，生物農藥品種達12種，主要有蘇云金桿菌、井崗霉素、赤霉素等。其中，井崗霉素的產量居世界第一位。

在食品與飼料方面，作為三大發酵制品的味精、檸檬酸、酶制劑的產量也有很大的增加／1998年味精產量從1990年的22．3萬、增加到56．4萬一檸檬酸產量從1990年的6．13萬、增加到56．4萬一酶制劑從1990年的8．5萬t增加到24萬t。酵母及淀粉糖的產量也有明顯增加。我國的味精生產和消費居世界第一，檸檬酸的生產和出口也居世界第一。另外，1998年乳酸的產量在1．5萬t左右，賴氨酸的產量在2萬t左右，卜蘋果酸的產量在6000t。

在有機酸方面，衣康酸的產量達5000乙我國開發的生物法長鏈二元酸工藝居世界領先地位，目前生產能力達500Va以上，并有數家企業有建設長鏈二元酸生產裝置的意向。

在保健品方面，我國已能用生物法生產多種氨基酸、維生素和核酸等。另外，我國生物法丙烯酞胺的生產能力達到2萬V山與日本同處于世界領先地位。

但是與發達國家相比，我國生物化工行業存在著許多問題：

一是我國的生物化工產業主要以醫藥、輕工、食品業為主。部分企業對生物化工產品大都是精細化工產品這一點了解不夠，加之行業規范也不夠，導致過程中，應選擇合適的原料，以降低成本與消耗，并加強廢物處理，減少環境污染。

3．2．4提高生產技術水平，特別是下游技術水平因為我國生物技術上游技術水平與國外相差僅3～5年，而下游技術水平則比國外相差15年以上，改造傳統發酵產品生產技術，不斷提高發酵法產品的生產技術水平，開發生物反應器，提高我國生物化工產品分離和提純技術，大規模開發生物化工裝備等應首先提上議事日程。另外，還應積極采用微生物法代替化學法，開發基礎化工新產品的工業化生產技術。

3．2．5加強產學研結合，注重上下游結合國內生物化工技術力量分散，為了做到優勢互補，應加強產學研結合。另外在生物化工生產過程中遇到的很多問題，都是由于上、下游結合不夠緊密而影響技術經濟指標。因此，在人力和財力的投入上，應考慮上下游結合，以加快生物化工產業的發展。

第6篇：生物信息學的發展趨勢范文

主題詞：生物；制藥技術；思考

中圖分類號：TU984 文獻標識碼：A 文章編號：

生物技術藥物(biotech drugs)或稱生物藥物(biopharmaceutics)是集生物學、醫學、藥學的先進技術為一體，以組合化學、藥學基因（功能抗原學、生物信息學等高技術為依托，以分子遺傳學、分子生物、生物物理等基礎學科的突破為后盾形成的產業。

1 生物制藥

目前生物制藥主要集中在以下幾個方向：

1.1 腫瘤 在全世界腫瘤死亡率居首位，美國每年診斷為腫瘤的患者為100萬，死于腫瘤者達54.7萬。用于腫瘤的治療費用1020億美元。腫瘤是多機制的復雜疾病，目前仍用早期診斷、放療、化療等綜合手段治療。今后10年抗腫瘤生物藥物會急劇增加。如應用基因工程抗體抑制腫瘤，應用導向IL-2受體的融合毒素治療CTCL腫瘤，應用基因治療法治療腫瘤(如應用γ-干擾素基因治療骨髓瘤)。基質金屬蛋白酶抑制劑(TNMPs)可抑制腫瘤血管生長，阻止腫瘤生長與轉移。這類抑制劑有可能成為廣譜抗腫瘤治療劑，已有3種化合物進入臨床試驗。

1.2 神經退化性疾病 老年癡呆癥、帕金森氏病、腦中風及脊椎外傷的生物技術藥物治療，胰島素生長因子rhIGF-1已進入Ⅲ期臨床。神經生長因子(NGF)和BDNF(腦源神經營養因子)用于治療末稍神經炎，肌萎縮硬化癥，均已進入Ⅲ期臨床。美國每年有中風患者60萬，死于中風的人數達15萬。中風癥的有效防治藥物不多，尤其是可治療不可逆腦損傷的藥物更少，Cerestal已證明對中風患者的腦力能有明顯改善和穩定作用，現已進入Ⅲ期臨床。Genentech的溶栓活性酶(Activase重組tPA)用于中風患者治療，可以消除癥狀30%。

1.3 自身免疫性疾病 許多炎癥由自身免疫缺陷引起，如哮喘、風濕性關節炎、多發性硬化癥、紅斑狼瘡等。風濕性關節炎患者多于4000萬，每年醫療費達上千億美元，一些制藥公司正在積極攻克這類疾病。

1.4 冠心病 美國有100萬人死于冠心病，每年治療費用高于1 170億美元。今后10年，防治冠心病的藥物將是制藥工業的重要增長點。Centocor′s Reopro公司應用單克隆抗體治療冠心病的心絞痛和恢復心臟功能取得成功，這標志著一種新型冠心病治療藥物的延生。

基因組科學的建立與基因操作技術的日益成熟，使基因治療與基因測序技術的商業化成為可能，正在達到未來治療學的新高度。轉基因技術用于構造轉基因植物和轉基因動物，已逐漸進入產業階段，用轉基因綿羊生產蛋白酶抑制劑ATT，用于治療肺氣腫和囊性纖維變性，已進入Ⅱ，Ⅲ期臨床。大量的研究成果表明轉基因動、植物將成為未來制藥工業的另一個重要發展領域。

2 制藥新技術分析

未來生物技術將對當代重大疾病治療劑創造更多的有效藥物，并在所有前沿性的醫學領域形成新領域。 生物學的革命不僅依賴于生物科學和生物技術的自身發展，而且依賴于很多相關領域的技術走向，例如微機電系統、材料科學、圖像處理、傳感器和信息技術等。盡管生物技術的高速發展使人們難以作出準確的預測，但是基因組圖譜、克隆技術、遺傳修改技術、生物醫學工程、疾病療法和藥物開發方面的進展正在加快。

除了遺傳學之外，生物技術還可以繼續改進預防和治療疾病的療法。這些新療法可以封鎖病原體進入人體并進行傳播的能力，使病原體變得更加脆弱并且使人的免疫功能對新的病原體作出反應。這些方法可以克服病原體對抗生素的耐受性越來越強的不良趨勢，對感染形成新的攻勢。

除了解決傳統的細菌和病毒問題之外，人們正在開發解決化學不平衡和化學成分積累的新療法。例如，正在開發之中的抗體可以攻擊體內的可卡因，將來可以用于治療成癮問題。這種方法不僅有助于改善癮君子的狀況，而且對于解決全球性非法貿易問題具有重大影響。

各種新技術的出現有助于新藥物的開發。計算機模擬和分子圖像處理技術(例如原子力顯微鏡、質量分光儀和掃描探測顯微鏡)相結合可以繼續提高設計具有特定功能特性的分子的能力，成為藥物研究和藥物設計的得力工具。藥物與使用該藥物的生物系統相互作用的模擬在理解藥效和藥物安全方面會成為越來越有用的工具。例如，美國食品藥物管理局(FDA)在藥物審批的過程中利用Dennis Noble的虛擬心臟模擬系統了解心臟藥物的機理和臨床試驗觀測結果的意義。這種方法到2015年可能會成為心臟等系統臨床藥物試驗的主流方法，而復雜系統(例如大腦)的藥物臨床試驗需要對這些系統的功能和生物學進行更為深入的研究。

藥物的研究開發成本目前已經高到難以為繼的程度，每種藥物投放市場前的平均成本大約為6億美元。這樣高的成本會迫使醫藥工業對技術的進步進行巨大的投資，以增強醫藥工業的長期生存能力。綜合利用遺傳圖譜、基于表現型的定制藥物開發、化學模擬程序和工程程序以及藥物試驗模擬等技術已經使藥物開發從嘗試型方法轉變為定制型開發，即根據服藥群體對藥物反應的深入了解會設計、試驗和使用新的藥物。這種方法還可以挽救過去在臨床試驗中被少數患者排斥但有可能被多數患者接受的藥物。這種方法可以改善成功率、降低試驗成本、為適用范圍較窄的藥物開辟新的市場、使藥物更加適合適用對癥群體的需要。如果這種技術趨于成熟，可以對制藥工業和健康保險業產生重大影響。

3 結束語

綜合多學科的努力，通過新技術的創立可以大大拓寬發明新藥的空間，增加發明新藥的機遇與速度。因為這些手段可以尋找快速鑒定藥物作用的靶，更有效地發現更多新的先導物化學實體，從而為發明新藥提供更加廣闊的前景。

參考文獻:

[1] 張蕊,田澎. 生物制藥產業現狀分析及我國企業的發展戰略[J] 工業工程與管理, 2011,(05) .

第7篇：生物信息學的發展趨勢范文

關鍵詞：微生物學實驗課程；多學科融合；教學改革；教學質量；創新能力

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）47-0108-03

微生物學是生物學和生命科學領域中極為重要的基礎性學科，同時也是生物工程和生物技術專業的核心課程。由微生物學的發展史不難看出，該學科最重要的特征就是具有實驗性和實踐性，同時具有很強的應用性。微生物學實驗教學既是對微生物基本理論的深化和鞏固，又是培養學生觀察能力、動手能力、分析問題和解決問題能力的最有效途徑，更是培養學生創新能力、科學思維和提高對本專業學習興趣的重要手段。因此，在開設微生物學課程時，微生物學實驗也是既重要又十分必要的課程。我校的生物工程、釀酒專業和生物技術三門本科專業盡管分屬于工科、理科性質，但均側重于培養本領域具有國際視野、創新思維和解決實際問題的高素質人才。特別是我校“國家生命科學與技術人才培養基地”的人才培養目標明確定位為“培養適合社會發展的具有創新精神、實踐能力和創業能力的新世紀高層次工業生物技術人才”。同時，微生物學是多個相關學科的聯系紐帶，特別是生物化學、分子生物學、細胞生物學和發酵工藝學等本專業的學科平臺課程和專業核心課程，均依賴于微生物學科的支撐。同樣，微生物學和微生物實驗課程的知識體系、基本理論和前沿進展又離不開其他學科的支撐，因此，在學科交叉與知識融合的背景下，在本科課程設置和教學模式改革中，我們特別注重微生物學實驗教學的教學模式改革和實踐效果。

一、微生物學實驗課程的傳統教學模式及不足

微生物學實驗是微生物學的重要組成部分，也是微生物學教學的重要環節。從培養人才目標上來看，微生物學實踐教學與微生物理論教學具有同等重要的地位，甚至更高。就我校生物工程專業，微生物學理論課程設定40學時，而實驗課程設定48學時，這也從一定程度上反映了實驗教學的重要性。傳統的實驗教學雖有區別，但總的來看多以單元操作實驗、結果驗證實驗為模塊進行課程設置，其出發點是以掌握基本實驗技能，加深基本概念和理論為目標的。就其出發點來看，傳統的實驗教學設置課程體系是發揮了良好的效果。但是，對照培養高素質、寬口徑和創新型生物工程人才的培養目標來看，傳統的實驗教學仍有一些不足之處，概況起來有以下幾點。一是在主觀認知上，認為實驗課的目的是驗證課堂講授的理論內容，常采用實驗課堂上教師單純講解示范，學生一味跟蹤模仿，造成了學生被動接受知識的效果。長此以往，實驗教學形式僵化，學生上課興趣降低，導致最終的教學效果很難達到預期目標。二是實驗教學內容的設計上呈現點狀式、碎片化特征，驗證實驗過多，綜合型、設計型實驗環節較少。這種實驗內容的設計優點是強調對基礎實驗技術的掌握，但是很難充分激發學生的創新思維和探索未知世界的興趣。三是實驗安排上采取每周有實驗，理論課和實驗課并行的特征，導致一些連續性的實驗難以及時完成。這種實驗課程學時的安排布局看似合理，實則不符合微生物學實驗的基本規律，因為有些微生物學實驗需要半天、一天甚至更長時間才能完成，而零碎的時間打斷了實驗的節奏，導致不可預知的實驗結果，更為重要的是沒有給學生充分的時間去思考、分析和吸收消化所學知識，教學效果肯定大打折扣。為此，我們在吸收、總結傳統實驗教學精髓的基礎上，根據工科專業人才的培養特征，探討和嘗試了一些微生物學實驗課教學的新舉措。

二、微生物實驗教學改革的探索與實踐

1.微生物實驗課程的體系改革。傳統的微生物學實驗主要包含無菌技術、染色技術、純培養技術、顯微技術這四大技術。如前所述，一方面，這些實驗技術是基本的微生物學實驗操作，隨著生命科學特別是微生物學科的快速發展，僅僅開設這樣實驗內容是跟不上學科發展的步伐的，因此微生物實驗教學體系結構也要有相應的改革和創新，必須體現新內容、新技術、新方法和新進展。另一方面，實驗課程通常將這些實驗技術分散在相對獨立的實驗單元中，各單元之間缺乏方法和內容的有機結合，形成割裂的教學效果，難以有效地培養學生完整的知識體系，融會貫通的理解能力。這種傳統的教學形式不利于創新型人才的培養。因此，我們在課程實驗教學環節，重構課程實驗的教學內容和課程體系，增加綜合和設計型實驗比重，進行基本技能和創新能力的交叉遞進式培養。

首先，通過單元操作技能訓練，培養學生的基本實驗技能（即染色技術、顯微技術、無菌技術、純培養技術）和動手能力。本部分內容主要包括細菌、放線菌、酵母和霉菌的形態學特征；微生物培養基的配制和接種；微生物培養基的配制與滅菌等。單元操作訓練是認識微生物、了解微生物的入門技能，也是開展微生物學研究和微生物工程必備基本技能。在開展單元實驗過程中，為提高學生的積極性和實驗興趣，首先結合教學錄像進行講解，在實驗的關鍵點設置思考題，在觀看錄像過程中，老師隨時就問題和學生互動，讓學生對實驗原理不僅要知其然，還要知其所以然。在問題設置上要能夠從細節入手，讓學生學會知識的交叉運用、思維方式的靈活拓展。如在進行培養基滅菌實驗中，首先設置問題1：常見的滅菌方式有哪些？其適用范圍和特點有哪些？根據所學理論知識和老師引導，學生很容易回答這個問題。接著，設置問題2：無菌操作時，超凈臺面和雙手表面如何殺菌？通過這個問題與接種操作技術結合起來。設置問題3：我們在消毒時為何用70%左右的酒精而不是用無水乙醇？通過這個將微生物學和生物化學兩個學科進行了有機交叉，實現了知識的融合。緊接著設置問題4：如果工程發酵罐中發現了噬菌體污染，如何消毒？這個問題將理論問題與發酵工程相結合，該問題要求學生既要掌握理論知識，也要熟悉發酵工業才能很好地進行回答。通過四個環環相扣的問題實現了知識的遷移、交叉和融合。其次是通過綜合實驗設計，強化學生基本實驗技能和微生物學基礎理論知識的應用。在這一部分中，首先由教師將一系列獨立單元實驗設計成圍繞為解決某一模擬課題而展開的系列關聯的實驗環節，然后學生利用微生物理論知識結合基本實驗技能，在遵循微生物基本原理基礎上在一定范圍內自主選擇實驗對象。讓學生學習和掌握相關的實驗技術和方法并學會對不同實驗結果進行分析比較。以自來水中大腸桿菌菌群檢測為例，利用微生物的生理生化實驗進行微生物的鑒定，并對照水質檢測的國家標準來安排實驗。在這個實驗過程中，不僅利用了微生物學基本實驗操作，而且還將大腸桿菌的形態學特征、生理生化特征以及菌種鑒定等知識融合到實驗中。更為重要的是，讓學生直接認識到微生物特別是大腸菌群在水質監測中作為指標菌的重要應用。再次，通過設計型實驗，提升學生利用微生物學理論和實驗技術開展工業微生物菌株選育的能力。在這一層次上采用學生自主設計、老師負責把關的開放式實驗教學模式，強化工程概念和實踐特征。學生通過完成前面兩個階段的實驗，對微生物基本理論和實驗技能有了較好的理解和掌握。在此基礎上，開放式的實驗教學按照自由組合分組、獨立設計實驗方案、協同完善內容安排、時間分配，強調團隊合作的基本原則開展實驗。老師在整個過程中要起著引導、啟發作用。例如：以“從自然界中篩選產酸性淀粉酶（或有機酸）的芽孢細菌”研究課題開展實驗為例。學生需要完成如下工作：通過生境分析明確采樣地點；完成采樣并查找或自行設計快速檢出方法；進行富集和選擇培養；篩選獲得相對優良的產生菌株；初步鑒定和發酵實驗。整個環節的完成不僅可以提高學生對實驗課的學習興趣，強化團隊協作能力，更重要的是使他們獲得一個真實的實驗研究過程的鍛煉。最后，設置交叉學科的創新課題，引導學有余力的同學積極參與授課老師的相關科研課題，激發學生對生物工程和生命科學的興趣。如前所述，微生物與分子生物學、生物化學、遺傳學、生物信息學等學科有著廣泛的交叉與聯系，當今工業微生物育種技術在多學科交叉融合的發展趨勢下取得了長足的進步。因此，培養創新潛力大、科研素質高的學生，普通的實驗設計難以滿足需要。我們在不斷的探索過程中，初步形成了創新課題的形式，讓部分學生真正參與到科學研究的第一線。創新課題實驗按照學科交叉、由易到難、注重創新的原則設置。在學生能夠獨立完成小型課題的基礎上，再進一步融入到研究生課題的探索中。如，以“表達綠色熒光蛋白的重組大腸桿菌構建”為課題，將微生物學、分子生物學、生物化學、基因工程、生物信息學等相關學科知識交叉、融合其中，讓學生在探索中創新，在創新中實現寬口徑、厚基礎型的人才培養目標。

2.微生物實驗課程的課時安排和考核模式改革。如前所述，傳統的實驗教學課時安排導致不適宜于微生物實驗課程的開展。為了避免分散的課時導致教學效果的降低，教務部門在安排班級教學任務時，會統籌考慮不同課程的差異性，在協調優化課時安排的基礎上，排出相對完整的時間安排微生物實驗課程教學。另外，任課教師統籌利用下午和晚上連續較長的時間開展教學工作。實踐證明，優化課程學時結構，合理安排教學課時能夠保障實驗的連貫性、一致性，提高學生的積極性，從而顯著提升教學效果。考核是實驗教學體系的重要環節，是評估學生學習成效的重要手段。傳統微生物學實驗考核方式相對單一，通常以實驗報告為主，考勤情況等為輔綜合評定的方法作為考核手段。這種評價方法盡管具有標準公平、成績公正、易于操作等優點，不足之處在于導致學生僅注重實驗結果和實驗報告的書寫，而忽視了實驗過程中發現問題、分析問題和解決問題能力的培養，更重要的是這種考核模式難以真實反映學生對微生物學理論和實驗技能的綜合分析能力和創新能力。因此，我們也對微生物學實驗課程考核方法進行了一些探索和嘗試。

首先，我們認為考核的內容不僅應包括對實驗原理的理解和基本實驗技能的掌握，還應包括分析和解決問題的能力、團隊協作精神以及科學嚴謹的態度。因此，實行實驗過程與結果并重的考評方法對于培養學生良好的實驗技能和求真務實的科學態度很有必要。

其次，在加強對實驗課程的管理和考核規范的前提下，淡化和簡化實驗報告中操作步驟按部就班的抄寫，注重結果分析和討論，并在實驗結束后布置一些開放性的思考題讓學生完成。這樣，不僅能促使學生通過查閱資料解決問題，增強其學習主動性和分析問題的能力，也能避免學生對實驗結果作假和抄襲實驗報告的現象發生。

再次，分類考核，全面考查。對于一次實驗課能夠完成的單元操作實驗，指導教師應當場檢查學生的實驗完成情況和結果，發現問題當場指出并評定課堂表現成績。教師將根據實驗課堂表現和實驗報告完成情況，對每個單元實驗的綜合成績進行評分。對于需要多次實驗才能完成的綜合性和設計性實驗，要求提供詳細的原始記錄、實驗結果分析報告作為實驗成績考核的重要依據。

三、結語

江南大學生物工程學院的微生物學理論教學和實驗教學在多年來不斷探索和改革的過程中，逐漸形成了具有特色的學科平臺課程。在教學過程中，微生物學理論課老師一般都要擔任微生物學實驗教學課程，這樣老師能夠更好地自主協調和平衡理論教學與實驗課程在時間、節奏和進度上的合理安排，從而使二者能夠相輔相成，相得益彰，整體上提高微生物學的教學水平和質量。通過單元操作實驗、綜合實驗、設計實驗和創新實驗等由易到難、由淺入深的實驗內容結構安排，對學生更好地理解和消化理論課，培養學生動手能力、創新能力有重要的意義。

參考文獻：

[1]諸葛健，李華鐘.微生物學[M].第2版.北京：科學出版社，2009.

[2]周宜君，劉越，戴景峰，等.微生物學實驗教學改革探索與實踐[J].微生物學通報，2009，36（10）：1609-1613.

第8篇：生物信息學的發展趨勢范文

關鍵詞：遺傳學；教學改革；課程群；

隨著現代生物科學技術的發展，遺傳學已成為21世紀生命科學領域發展最為迅速的學科之一，是生命科學中各門學科的核心，它的分支幾乎擴展到生命科學的各個研究領域.目前，在生物學各專業的教學中，普遍存在著知識老化，課程體系陳舊，如遺傳學和細胞生物學、生物化學、基因工程、基因組學、分子遺傳學等課程之間存在著部分內容重復等一系列問題.顯然，當前的課程體系已不適應高等學校生命科學教育的要求.如何突出遺傳學主干課程，實現課程體系的整合、優化，不同課程間知識的融通和銜接，以此組建口徑寬、方向靈活的課程群，加強學生創新意識和創新能力的培養，以增強學生的適應性和競爭力，培養學生的個性特長、能力特長以及繼續學習的能力，形成終身學習的觀念，是擺在我們面前值得思考的問題.我們從遺傳學課程入手，對遺傳學課程群進行了初步的思考，重新設置和實踐，目的是實現課程體系的整合、優化，培養符合現代社會要求的創新型、復合型人才.

1遺傳學課程群內課程設置的基本思路

遺傳學課程群內課程設置的基本思路就是圍繞“一個中心，三個方向”的原則，以普通遺傳學為核心課程，兼顧三個方面的內容.基本框架如圖1.

“一個中心”就是以普通遺傳學為核心課程.遺傳學是一門生命科學所有專業的重要基礎課，要求全面系統地介紹遺傳學的基本原理、分析方法及現代遺傳學發展的最新成就.在教學中，要始終貫穿遺傳物質的本質、遺傳物質的傳遞和變異、遺傳信息的表達與調控這一主線，使學生在群體水平、個體水平、細胞水平和分子水平的不同層次上對遺傳學有比較全面、系統的認識，并能應用其基本原理分析遺傳學數據，解釋遺傳學現象，并對遺傳學各分支學科有一個基本的了解.

“三個方向”是以遺傳學分支學科、反映現代遺傳學發展的學科及遺傳學普及性學科為遺傳學內容細化、深化和普及的三個層面，主要包括以下內容：

一是遺傳學分支學科的內容，主要包括《群體遺傳學》、《微生物遺傳學》、《細胞遺傳學》等課程，以專業選修課的形式開出，主要目的是根據學生的興趣和愛好，深入學習遺傳學各個分支學科的知識.如《群體遺傳學》是研究在自然選擇、基因漂變、突變以及遷移四種進化動力的影響下，等位基因的分布和改變.它是在群體水平上研究種群的分類、空間結構等，并試圖解釋諸如適應和物種形成現象的理論.《微生物遺傳學》是以病毒、細菌、小型真菌以及單細胞動植物等為研究對象的遺傳學分支學科.《細胞遺傳學》是遺傳學與細胞學相結合的一個遺傳學分支學科，主要是在細胞和染色體水平上研究.

二是反映現代遺傳學發展的學科，如《基因工程》、《分子遺傳學》、《基因組學》.這三門課程都是在普通遺傳學基礎上開設的專業選修課程，目的是與現代遺傳學的發展接軌.如《分子遺傳學》(moleculargenetics)的主要內容為基因的結構、復制和轉錄以及轉錄后調控、翻譯，基因突變，DNA的復制、修復，原核與真核生物的基因表達調控，是在分子水平上進行的研究.此課程為生命科學各專業本科生的學科基礎課，也可作為研究生的專業選修課.《基因工程》(geneengineering)主要介紹基因操作的主要技術原理，基因操作的工具酶，克隆載體，目的基因的分離方法，重組體的構建及導入，克隆基因的表達與檢測，基因工程研究進展，存在問題及新策略等內容，使學生具備基因工程方面的基本知識和掌握其操作技術.《基因組學》(genomics)是對所有基因進行基因組作圖，核苷酸序列分析，基因定位和基因功能分析的一門科學.主要講述生物基因組的基本結構和組成、基因組內基因的表達和調控、遺傳圖譜與物理圖譜、基因組測序、基因組序列解讀、染色體的結構與基因表達調控、基因組的復制、基因組進化的分子基礎、基因組進化的模式、分子系統發生學等內容，并講述人類基因組計劃的全過程以及由此引發的道德倫理和法律問題，系統向學生講授基因組學研究的基本內容及相關進展.通過該課程學習，使學生了解結構基因組學和功能基因組學的重要研究領域、熱點問題與發展趨勢，以及國內外研究現狀與進展.

三是遺傳學普及性的內容，此類課程為遺傳學的平行課程，以公選課的形式開出，主要目的是普及遺傳學知識，提高人口質量和全民素質.我們針對非生物專業的學生開設了《人類遺傳學》和《遺傳與優生》兩門課程.《人類遺傳學》主要講述人類在形態、結構、生理、生化、免疫、行為等各種性狀的遺傳上的相似和差別，人類群體的遺傳規律以及人類遺傳性疾病的發生機理、傳遞規律和如何預防等內容，使學生掌握人類遺傳學的基本概念和主要研究方法.《遺傳與優生》主要講述什么是遺傳病，遺傳病對人類的危害，人類的染色體和染色體病、基因和基因病、腫瘤與遺傳、人類代謝和發育中的遺傳學問題、優生學的基本概念、影響優生的因素，優生的措施等.這兩門課程都注重貼近生活，貼近社會，從剖析青年學生關注的問題入手去介紹人類遺傳與優生的基礎理論和基本知識，使學生能夠在輕松、順暢且饒有興趣的學習過程中獲益.對于醫療保健事業和人群遺傳素質的改進具有重要意義.

2遺傳學課程群內課程內容整合的思路

為解決遺傳學的迅速發展及新知識、新技術不斷出現與遺傳學教學時數減少這一矛盾，我們通過建立遺傳學課程群體系，協調課程群內各門課程的關系，盡量減少重復內容，對于學習遺傳學的有關基礎知識，如核酸的結構和特征在先修課程《生物化學》中介紹，染色體的結構，細胞周期等在細胞生物學課程中介紹，概率和統計學知識在生物統計學課程中介紹.而對于遺傳學各分支學科的深入討論，將在細胞遺傳學、群體及數量遺傳學、分子遺傳學、基因組學、基因工程、生物信息學等課程中介紹.

3遺傳學課程群內實驗課程整合的思路

遺傳學課程群內主要設置了遺傳學實驗和分子遺傳學大實驗，遺傳學實驗是為了配合遺傳學的教學而開設的一門實驗課程，其設計思想是：1)配合遺傳學的教學，鞏固和加深對遺傳學知識的理解；2)適應現代遺傳學的發展，讓學生掌握現代遺傳學研究所必需的基本實驗技術；3)開設綜合性、設計性和創新性實驗，鼓勵學生自己動腦筋設計、完成實驗.目前已形成具有基礎性實驗、提高性實驗和具有綜合性、研究創新性、開放性實驗的不同層次的遺傳學實驗教學內容體系.鼓勵學生自己動腦筋設計、完成實驗，實驗室已對學生部分開放，并實施了自選實驗考試法[1].學生在此過程中得到了很好的科研訓練，部分學生在本科階段就寫作并發表了論文，充分體現了遺傳學課程教學改革的特色.例如，結合本科畢業設計，我們編制了“遺傳學試驗的計算機模擬”軟件[2]，增強了學生對遺傳學基本概念和基本原理的理解，而且也增加了學生對計算機應用于生命科學研究的興趣.我們開發設計了“遺傳學實驗顯微圖像演示系統”[3]，建立了遺傳學實驗圖像庫，學生在實驗前可以方便地檢索觀察實驗中可能出現的各種圖像，大大提高了實驗效率.通過遺傳學實驗的培訓，學生具備了一定的設計和綜合創新的能力，在此基礎上，進入分子遺傳學大實驗的學習.而分子遺傳學大實驗的設計整合了分子遺傳學和基因工程兩門課程的實驗內容，既涵蓋了分子遺傳學的基本實驗技術，也體現了現代分子遺傳學發展的新方法、新技術.實驗通過DNA提取、擴增、檢測，到目的基因的獲取、重組、轉化、分子雜交等系列性實驗，使學生不僅掌握了現代生物學分析技術，也培養了學生的動手能力和獨立設計實驗的能力，更實現了理論類課程與實踐訓練類課程的有序銜接，同時完善了學生從認知實踐到科研實踐的創新精神培養體系.

4遺傳學課程群實踐基地的建設

僅有書本上的知識是不夠的，遺傳學課程群內的課程具有很強的實踐性，專業知識與生產實際相結合的綜合性教學是實踐教學環節不可缺少的重要一環.為此，我們通過認識實習和生產實習等手段加強課程知識的掌握.利用地域優勢，與中國農業科學院徐州分院、江蘇省藥用植物重點實驗室、江蘇維維集團等建立長期穩定的合作關系.如，我們在講解“三系配套”時就帶領學生到中國農業科學院徐州分院參觀學習、實地學習如何進行“三系配套”的操作，加深了對理論知識的理解.通過專業實踐，拓寬了學生的視野，培養了學生分析問題、解決問題以及開拓創新的能力，增強了學生的事業心和責任感.

5遺傳學課程群教學方法和教學手段改革之思考

第9篇：生物信息學的發展趨勢范文

90世紀末期迅速發展起來的計算機多媒體技術使傳統學校教育進入了新的發展階段，取得了顯著的教學效果。現代化教學手段和教學方法在醫學教育教學中的應用，也有力地促進醫學教育教學的迅速發展和完善。它既解決了困擾醫學學科多年的技術問題，更激活了醫學學生的學習興趣、提高了醫學教育教學質量。

1現代化教學手段和教學方法

多媒體計算機技術是現代化教學手段中最具活力、最具前景的新興技術，是實現教育信息化的重要手段。運用多媒體技術已經成為廣大教育工作者改革教學方法、改進教學手段、提高教學質量的重要途徑［1］。現代化教學手段和方法是指能對教學工作起到輔的展示、演示、模擬、拓展的一切現代化的機器設備，常指計算機、投影儀、實物展示平臺、幻燈片以及其他影音設備。通過投影儀，計算機可以把教師課前備好的教學課件以及教學相關的知識材料、手術過程、自然現象以及病人生活片段展示出來，讓學生在課堂上更好地接受知識、增強了解、加深印象。特別是在課堂上直接連接因特網上的相關內容，直接讓學生感受到最新、最快的觀點、材料、背景，這對掌握知識、拓展視野有很大的促進作用。

2多媒體技術在醫學教育教學中的優越性

多媒體輔助教學的優越性體現在：

（1）借助計算機的模擬手段，可以使學生更加形象、直觀地認識各種生物體的結構特點，誘發學生的想象性思維，極大地調動學生的學習興趣和熱情。例如以往在講解DNA分子的雙螺旋立體空間結構時最多有一個模型，而應用計算機特有的三維顯示技術就可以很清晰地向學生反映出此空間結構的特點，讓他們更容易理解DNA的復制、轉錄和翻譯過程；同時借助多媒體技術也可以向學生動態地演示一些生化代謝過程，如糖酵解、三羧酸循環等復雜的生化反應，通過計算機的模擬使得教與學都取得了良好的效果。

（2）多媒體手段的運用使備課中增刪教學內容變得非常方便，特別適合知識更新和隨機在教學中增補學術前沿的內容；節省了課堂板書的時間，老師在有限的課時中有較充分的時間對重、難點講透徹，更多地介紹新知識和新進展，還有一定的時間讓學生們思考問題，討論分析問題，有利于增強學生學習的積極性。對于老師來說運用多媒體技術授課可以促使其掌握更多的知識，包括專業知識和計算機基礎知識與技能，對于教師素質的提高起到了良好的促進作用。

（3）多媒體的龐大知識信息儲備能力和課件可以通過電腦網絡資源共享的交流方式，使學生知識信息的獲得不再主要依靠課堂上的有限時間，使課堂教學和課外自學實現了真正意義上的有機結合［2］。

3醫學教育教學的發展趨勢

當然，現代化教學手段和方法還包括醫學教學的可視化、數字化和網絡化。可視化、數字化和網絡化是醫學教育教學的趨勢，因為醫學發展的特殊性，醫學教育教學更需要使用高效率的先進教學手段和方法。網絡計算機輔助醫學教育手段對于醫學教育有著傳統教學手段無可比擬的優點［3］。現代化教學中的多媒體有利于現代醫學知識的闡明，現代的醫學進展多以高通量、系統化、數字化和網絡化為特征，比如一塊小小的基因芯片所檢測的內容相當于一座十層實驗樓的檢測量；一個網絡數據庫就能儲存整個基因蛋白質組的全部相關數據；一個網絡數字“數字人體”就能儲存人體各個部位各種組織的全部形態和空間關系數據；醫學的形態學科、功能學科、生物信息學科和影像學的新進展，用傳統的教學方式表達出來既費時效果又差，而且關于醫學新進展的教學掛圖往往又沒有生產銷售。現代教育教學手段的使用是教學現代化的一個標志，網絡和計算機突破了傳統教學在時間、空間和地域上的限制，集聲、形、色為一體，播放簡便迅速，信息量大，適應現代醫學發展的需要，可以給學生更直觀的感性認識。更因為計算機聲音圖形播放和三維（3D）技術的應用，大量的示意圖和照片可以被展示，計算機動畫可以以人機對話的形式逐步展示生命活動的復雜動態過程；形態學上微細結構和空間相對關系和生物信息分子的空間構象也可以從不同的角度和不同焦距進行觀察［4］。使用計算機輔助現代醫學教學使知識的難點被化解，誤解減少，抽象化為具體，無聲化為有聲，雜亂化為有序。這更有利于對新知識內容的深化，落實知識點，提高了學習的興趣；同時也減少學習時間，提高了學習效率，適應了醫學知識發展的需要，也更符合生活在網絡時代的學生對教學形式的要求。使用計算機輔助現代醫學教學更有利于醫學生緊跟醫學的進展，醫學教材的更新一般為4～10年，而醫學知識的更新是無時無刻不在進行的，今天的受教育者是要面對未來醫療環境的醫生，醫學教育更應該貫徹“面向未來”的方針。醫學相關知識在網絡資源中占有相當大的比重，網絡是實時動態的，在普通醫學院校只有使用網絡才能更好地跟上醫學發展的腳步，不管是醫學博士生，碩士生還是本科生，都應該定期瀏覽因特網跟蹤醫學進展。

4現代化教學手段中的網絡計算機教學有利于克服教學條件的不足

一直以來，醫學基礎和臨床教學常常受歷史傳統、地理區域和季節氣候條件的影響，比如在全世界范圍，因為受歷史傳統的制約，尸體和標本來源少，生理和病理形態學教學中標本短缺，罕見疾病更難滿足教學的需要。同時標本多儲存在玻璃瓶中，觀察起來不方便學習效果也不好。在臨床上許多傳染病只在世界部分地區流行，而地方病只存在于很小的局部地區，教學中囿于多種因素的影響，特殊的病例不易見到。除了標本和病例缺乏外，作為補充手段的掛圖的數量和來源也很有限。因為如此，醫學生往往只有空頭的理論而無感性的知識，許多基礎和臨床教學都是紙上談兵。在計算機教學中由于標本圖片、動畫、音頻、視頻和人機對話的廣泛應用，這一問題得到了有益的補救。許多媒體教育資源可在網上獲取，如：美國國立醫學圖書館的可視人體教學資源、華盛頓大學的數字解剖學、哈佛大學的網絡腦解剖圖譜，世界大多數醫學網站都完全對外開放。醫學各學科的知識在網上都很豐富，通過搜索引擎和檢索工具，我們可以接觸到足夠多的信息。因此在網絡教學時代，教師應該為學生列出每節課的相關網絡資源，充分利用網絡是現代醫學教育的必由之路。