国内计算生物学专业发展状况

生物专业留学|2015年01月30日 17:32
国内计算生物学专业发展状况
  计算生物学在国际上受到高度重视,美国和欧洲一直走在该研究领域的前列。1975年,美国的皮帕斯(J. Pipas)和麦克马洪(J. McMahon)首先提出运用计算机技术预测RNA二级结构。1997年,国际计算生物学学会(ISCB)在美国成立,如今发展成为一个拥有来自70多个国家的2500多名会员的庞大组织。1999年,世界上第一个系统生物学研究所在美国西雅图成立。近年来,加州大学、斯坦福大学、德克萨斯大学、芝加哥大学、威斯康星大学等机构均成立了计算生物学中心,德国、法国、澳大利亚、意大利等国也纷纷建立了计算生物学研究机构。

  中国的计算生物学研究起步较晚,与欧美国家相比,在研究机构的数量和规模、研究人员组成以及资金投入方面都存在比较大的差距。由于现代生物学许多地方要求大量运用计算生物学的手段,实际上,很多大学和研究院所都有相关科研人员从事部分计算生物学的研究,或至少有意无意地用到计算生物学的研究手段。但一直以来,国内计算生物学研究和研究人员大多分散在各个大学和研究院所的其他学科当中,没有形成体系,没有学科概念。

  最近几年计算生物学研究在国内逐渐受到重视,相关的学术会议相继召开。2005年10月13日,中科院上海生命科学研究院计算生物学研究所(中科院-马普学会计算生物学伙伴研究所)正式揭牌,我国第一个计算生物学研究所成立。此后,一些大学也陆续成立了系统生物学研究机构,与计算生物学相关的一些重要研究计划也纷纷出台。

  正如计算生物学的出现和发展最初得益于人类基因组计划,目前较为显著的成果最先也是体现在基因组学领域,其中又以群体基因组学(population genomics)最具代表性,包括下述几个方面:

  (1)人类复杂疾病研究,主要表现在全基因组关联分析(GWAS)的广泛应用于人类复杂疾病的基因定位研究;

  (2)群体基因组结构研究,在群体水平研究基因组的结构,包括单体型结构、连锁不平衡结构、重组率的基因组分布等,代表性的工作是国际单体型计划(The International HApMap Project)的实施及其随后大量的研究成果;

  (3)自然选择研究,代表性的工作是在全基因组范围利用群体基因组学的手段寻找受到达尔文正选择的基因;

  (4)史前人口统计学研究,包括人类群体亚结构、群体大小的波动、人群基因交流等参数的估计,成果主要体现在一系列相关研究方法的发展,以及对人类遗传多样性计划(HGDP)的世界人群在全基因组范围的遗传结构研究。

  分子模拟和计算机辅助药物设计是当前计算生物学研究的一个热点,也是计算生物学与生物医药产业结合最紧密的方向之一。中国科学院上海药物研究所率先在国内将高性能计算应用于分子模拟和开展药物设计研究,发展了复杂生物大分子体系理论计算方法,进行了复杂生物大分子长时分子动力学和变构动力学模拟;并在分子模拟的基础上对30余种重要靶标进行了药物设计研究。

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