生物信息學(xué)在藥學(xué)專(zhuān)業(yè)課程中的設置及教學(xué)探索論文

　　本文就生物信息學(xué)設置為藥學(xué)專(zhuān)業(yè)的課程的必要性和教學(xué)內容及教學(xué)方法進(jìn)行了論述。

　　基因組學(xué)，生物醫藥等內容已經(jīng)列入我國“十三五”規劃綱要，作為我國未來(lái)幾年的重大科技研究領(lǐng)域，生物信息學(xué)在這些領(lǐng)域中將發(fā)揮不可或缺的作用。生物信息學(xué)(Bioinformatics)一詞由美籍學(xué)者林華安博士(HwaA.Lim)首先創(chuàng )造和使用。生物信息學(xué)是多學(xué)科的交叉產(chǎn)物，涉及多個(gè)領(lǐng)域。狹義的講，生物信息學(xué)是對生物信息的獲取、存儲、分析和解釋;計算生物學(xué)則是為實(shí)現上述目的而進(jìn)行的相應算法和計算機應用程序的開(kāi)發(fā)。這兩門(mén)學(xué)科統稱(chēng)為生物信息學(xué)。生物信息學(xué)是當今生命科學(xué)和自然科學(xué)的重大前沿領(lǐng)域之一，同時(shí)也是21世紀自然科學(xué)的核心領(lǐng)域之一[1]。當前，伴隨著(zhù)分子生物學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展及后基因組時(shí)代的到來(lái)，生物信息學(xué)除了在生物領(lǐng)域有重要作用，在其他領(lǐng)域如醫學(xué)、藥學(xué)、農業(yè)、衛生等廣大領(lǐng)域也有著(zhù)巨大的影響。

　　藥學(xué)專(zhuān)業(yè)是培養從事藥物分析、臨床藥學(xué)、藥物研究與開(kāi)發(fā)、藥物制劑生產(chǎn)與管理、醫藥營(yíng)銷(xiāo)等方面人才的專(zhuān)業(yè)。該專(zhuān)業(yè)對于人類(lèi)健康問(wèn)題的解決，是一個(gè)必須的學(xué)科專(zhuān)業(yè)。隨著(zhù)大數據時(shí)代的到來(lái)，藥學(xué)領(lǐng)域的藥物資源、臨床藥學(xué)服務(wù)、新藥研發(fā)等的研究也面臨著(zhù)海量數據的挑戰，所以把生物信息學(xué)運用到藥學(xué)研究中已經(jīng)是必然趨勢。故本文就生物信息學(xué)設置在藥學(xué)專(zhuān)業(yè)課程中的必要性以及教學(xué)方法進(jìn)行初步的探討，希望能為藥學(xué)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生課程設置提供參考。

　　一、生物信息學(xué)在藥學(xué)專(zhuān)業(yè)設置的必要性

　　生物信息學(xué)在生藥學(xué)、藥理學(xué)、藥物化學(xué)等學(xué)科已經(jīng)開(kāi)始應用，具體在中藥材鑒別、藥物機制研究、藥物功能基因篩選、藥物設計中已經(jīng)產(chǎn)生了比較好的效果[2]。

　　(一)生物信息學(xué)與生藥學(xué)。中藥材鑒定是生藥學(xué)的重要內容，中醫藥作為中華民族的瑰寶，中藥材的質(zhì)量就是中醫藥發(fā)展的生命。我國國土面積廣闊，中藥材資源非常豐富，研究中藥材資源的分布、中藥材的質(zhì)量?jì)?yōu)劣便成為中醫藥發(fā)展的重要研究課題。生物信息學(xué)已然成為除來(lái)源鑒定、特征鑒定、理化鑒定、顯微鑒定之外的新的鑒定藥材的方法。

　　中藥材具有道地性，即藥材的質(zhì)量與藥材的分布和地域有相關(guān)性，通過(guò)生物芯片技術(shù)可以具體分析道地藥材的基因序列，用特殊標記的序列作為探針，通過(guò)生物信息學(xué)分析鑒定藥材的道地性。另外，我們可以把特殊標記的序列作為條形碼，相當于藥材有了自己的身份標簽，就可以查詢(xún)數據庫對應的種屬序列，區別該藥材的真偽[3]。

　　組學(xué)時(shí)代的到來(lái)和系統生物學(xué)的發(fā)展、藥材的序列數據的不斷積累以及研究的豐富與深入，使得我們可以從相關(guān)的數據中發(fā)現藥材的進(jìn)化關(guān)系和遺傳學(xué)特點(diǎn)，繪制系統發(fā)育樹(shù)，尋找種群間的發(fā)育關(guān)系[4]。

　　(二)生物信息學(xué)與藥理學(xué)。藥物的作用機制是藥物效用的核心內容，也是藥物治療作用與不良反應的關(guān)鍵所在。我們可以通過(guò)藥物基因組學(xué)、轉錄組學(xué)、蛋白組學(xué)和代謝組學(xué)研究藥物作用的關(guān)鍵基因和作用通路，以便闡明藥物在體內的作用機制和它們的代謝過(guò)程。如果我們進(jìn)行系統的研究，必須要有生物信息學(xué)的參與，我們才能在成千上萬(wàn)的核苷酸中讀懂藥物的作用機制。為疾病治療和藥物發(fā)現尋找新的突破口。

　　生物信息學(xué)助力個(gè)性化的合理用藥。生命個(gè)體存在差異，疾病的發(fā)展也各不相同，例如藥物代謝酶的效應差異會(huì )使個(gè)體產(chǎn)生不同療效差異。所以，在進(jìn)行疾病治療時(shí)，既要確保藥物安全有效使用，又要達到個(gè)體化的治療，這就需要生物信息學(xué)為我們提供強大的數據分析與處理能力。在人類(lèi)基因組計劃的完成以及大量藥物作用相關(guān)基因的克隆與鑒定、單核苷酸多態(tài)性的檢測與發(fā)現、大規�；�因分型技術(shù)、DNA測序技術(shù)及生物信息學(xué)的發(fā)展，為分析個(gè)體在疾病過(guò)程中的差異，從基因水平上選擇用藥提供了支持�；�于此，“精準醫療”已經(jīng)列入我國未來(lái)五年的科研規劃。所以，在處理和解決人類(lèi)有關(guān)健康問(wèn)題時(shí)，必然需要生物信息學(xué)的參與。

　　(三)生物信息學(xué)與藥物化學(xué)。新藥的發(fā)現與設計是藥物化學(xué)的主要內容之一。在新藥設計中，計算機輔助藥物設計越來(lái)越得到新藥設計者的青睞，而生物信息學(xué)是輔助藥物設計的重要手段。受體、酶這些可以作為藥物靶點(diǎn)的大分子，在藥物設計中，明確了靶標的三維結構，借助其空間構型直接或間接設計配體的結構，尋找新藥[5]。

　　生物信息學(xué)通過(guò)多個(gè)數據庫進(jìn)行研究，除了可以預測蛋白質(zhì)的空間結構，我們還能夠了解到諸如蛋白質(zhì)等大分子的三維空間結構等相關(guān)信息，以及電子布局和動(dòng)力學(xué)行為信息。通過(guò)理論模擬的方式還可研究包含蛋白質(zhì)等大分子及其周?chē)�環(huán)境的復雜體系和生物分子的量子效應，上面涉及到的內容，給精確高效的藥物設計提供保證。所以，生物信息學(xué)可以極大地改變新藥研究的思路，加快新藥研究的步伐。

　　二、生物信息學(xué)在藥學(xué)專(zhuān)業(yè)中的教學(xué)

　　(一)生物信息學(xué)在藥學(xué)專(zhuān)業(yè)中的課程設置。目前大部分學(xué)校在藥學(xué)專(zhuān)業(yè)中沒(méi)有設置生物信息學(xué)課程[6]，但隨著(zhù)研究課題質(zhì)量的不斷提高，研究領(lǐng)域的不斷擴展，有些高等院校在非專(zhuān)業(yè)學(xué)生中開(kāi)設了生物信息學(xué)選修課，但對于大多數學(xué)校，尤其是醫藥類(lèi)院校并未把這一領(lǐng)域和學(xué)科的知識內容加入到本專(zhuān)業(yè)的課程中[7]。

　　當今生命科學(xué)快速發(fā)展，生物信息學(xué)在處理數據方面顯示出巨大優(yōu)勢，多數生物醫學(xué)工作者主要從事本職工作，生物信息學(xué)只是作為研究工具來(lái)使用，因此，醫藥學(xué)高等院校的生物信息學(xué)教學(xué)也應圍繞應用來(lái)開(kāi)展。在課程的設置上充分考慮學(xué)生的知識背景和學(xué)習需求，制定不同的教學(xué)大綱和學(xué)習目標，彈性安排本科階段和研究生階段的教學(xué)，以選修課為宜�；�于生物信息學(xué)的特點(diǎn)，課時(shí)安排盡量緊湊，注重效率，同時(shí)安排上機實(shí)習課程。

　　(二)生物信息學(xué)在藥學(xué)專(zhuān)業(yè)中的教學(xué)內容和方法。

　　1.生物信息學(xué)在藥學(xué)專(zhuān)業(yè)中的教學(xué)內容。生物信息學(xué)的研究范圍大致可分二類(lèi)：一是數據庫的建立與優(yōu)化。目前，國際上比較著(zhù)名的公共數據庫有EMBL、GenBank、DDBJ，另外還有一些公司有內部數據庫。二是數據庫的基本理論研究、對軟件的研制、對序列的排列比較以及新序列的識別和預測等[8]。針對藥學(xué)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)，內容主要是如何應用各種核酸、蛋白序列數據庫資源，會(huì )使用一些分析軟件，原理和算法作為輔助教學(xué)內容，具體主要集中在以下內容：

　　數據庫查詢(xún)的教學(xué)，對于三大核酸序列數據庫的查詢(xún)、蛋白質(zhì)序列數據庫SwissProt查詢(xún)以及生物大分子結構數據庫PDB的查詢(xún)。教學(xué)這些數據庫的界面、幫助功能等。具體教學(xué)內容是：①生物學(xué)與生物信息學(xué)、DNA測序技術(shù)[9]、收集、存貯和管理生物信息;②提取和分析基因組序列信息，生物序列的比對、motif搜索[10];③功能基因組相關(guān)信息分析，DNA編碼區檢測、基因進(jìn)化[11];④生物大分子結構模擬和藥物設計，蛋白質(zhì)折疊方法、生物序列的重復模式;⑤生物信息分析的常用技術(shù)與方法;⑥數據庫、生物信息學(xué)平臺的發(fā)展。這些內容在不同教學(xué)對象時(shí)應保持一定的連貫性，但也不應過(guò)多重復，使得學(xué)生根據自身情況作出合理的選擇。要突出課程的實(shí)用性，大約36學(xué)時(shí)[8]。

　　2.生物信息學(xué)在藥學(xué)專(zhuān)業(yè)中的教學(xué)方法。生物信息學(xué)的教學(xué)涉及到數據庫的網(wǎng)頁(yè)以及一些序列數據，所以比較其他教學(xué)方法，多媒體技術(shù)具有一定優(yōu)勢。多媒體技術(shù)通過(guò)圖、文、音、像，建立各種信息的邏輯連接，使之集成一個(gè)交互式系統。在課堂中，我們可以利用網(wǎng)絡(luò )直接把數據庫的網(wǎng)頁(yè)展示到教室的熒幕上，結合以往的教學(xué)經(jīng)驗，該方法既直觀(guān)明了又體現時(shí)效性，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣。

　　在課程的組織實(shí)施上需要因地制宜。根據現有條件開(kāi)展教學(xué)，組織各專(zhuān)業(yè)老師，如計算機專(zhuān)業(yè)和生化與分子生物學(xué)專(zhuān)業(yè)的老師，共同完成教學(xué)工作。同時(shí)，可以向學(xué)校申請一定的經(jīng)費，使其能較好地開(kāi)展生物信息學(xué)教學(xué)和實(shí)習工作[8]。

　　三、結語(yǔ)

　　我們生活在信息時(shí)代，各學(xué)科知識交織滲透，不斷產(chǎn)生新的學(xué)科，生物信息學(xué)作為一門(mén)應用型的學(xué)科，已經(jīng)在各學(xué)科領(lǐng)域有著(zhù)廣泛的應用，并為各學(xué)科的發(fā)展提供了支持和動(dòng)力。后基因組時(shí)代的到來(lái)[12]，醫藥領(lǐng)域的許多數據需要生物信息學(xué)進(jìn)行分析處理，而且這種趨勢愈來(lái)愈明顯。所以，我們有必要在藥學(xué)專(zhuān)業(yè)中設置生物信息學(xué)這門(mén)課程，豐富專(zhuān)業(yè)知識，提高處理信息能力，培養復合型藥學(xué)專(zhuān)業(yè)人才，使他們在從事專(zhuān)業(yè)工作中具有相關(guān)的知識背景和能力。

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