生物信息学的优势精选(九篇)
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第1篇：生物信息学的优势范文
“怎样实现信息技术与生物教学的真正整合？”这是我面临的课题之一。当前，尽管在理论上有不少文章对信息技术在生物教学中的优势进行了详尽的阐述，相关生物教学软件的智能化程度也有了长足的进步，然而一个不容回避的事实是，信息技术对生物教育的影响并不大，信息技术教育与生物教育还是严重脱节，广大教师和信息技术之间仍存在着难以跨越的鸿沟，绝大多数的生物课依旧是粉笔加黑板的传统教学模式。为什么信息技术进入生物课的步履如此艰难呢？我认为原因是多方面的。下面结合个人的教学实践，谈谈对信息技术与生物教学整合的思考。
一、要实现信息技术与学科课程整合，教育思想和教育理论的转变是关键：
对于信息技术与课程整合，许多人有着不同的理解。信息技术与课程整合的涵义，不是简单地把信息技术仅仅作为辅助教师教学的演示工具，而是要实现信息技术与学科教学的“融合”：要求在现代的教育思想，理论的指导下，把以计算机及网络为核心的信息技术作为促进学生自主学习的认知工具与情感激励工具，丰富教学环境的创设工具，并将这些工具全面的应用到各科教学中，使各种教学资源，各个教学要素和教学环节，经过整理，组合，相互融合，在整体优化的基础上产生聚集效应，从而促进传统教学方式的根本变革，也就是促进以教师为中心的教学结构与教学模式的变革，从而达到培养学生创新精神与实践能力的目标。
所以对信息技术的定位只能是工具，信息技术与课程整合的关键在于教育思想，理论的转变。如果还是以教师为中心进行教学，在学习过程中学生一直处于被动接受的状态，即使把信息技术作为辅助教师教学的演示工具，这也只能是新瓶装老酒。信息技术与课程整合呼唤现代教育意识和现代教育观念，如“主导主体教学理论”，既强调教师的主导作用，又体现学生的认识主体地位。只有实现了教育思想，理论的转变，信息技术与学科课程整合才开始具有灵魂，才能真正发挥信息技术的优势，充分发挥学生在学习过程中的主动性，积极性与创造性，才能使学生在学习过程中真正成为信息加工的主体和知识意义的主动建构者，而不是外部刺激的被动接受器和知识灌输的对象，而教师则应成为课堂教学的组织者和指导者。
二、要结合本学科和教育对象的特点进行整合：
随着多媒体计算机的发展和普及，多媒体计算机已也逐步进入了中学的课堂。以多媒体计算机为主的信息技术，在学校的应用也变成了可能。所谓的多媒体计算机就是指能处理文本、图形、图像、声音、音效、动画，并配以图形界面的计算机。
生物学是研究生命现象和生命活动规律的一门自然科学，是一门实践性很强的实验科学，其产生和发展都离不开对生命现象，生命活动的观察，实验及实践中的应用。但是有许多生命现象、生理活动，如细胞的有丝分裂和减数分裂的动态变化过程，却是很难简单的用语言、板书或挂图所能讲清楚的，这时常将它们作为一个抽象的概念来解释，学生在学习时就缺乏感性认识，因此常常感到枯燥无味，很难提高学生学习的主动性，于是“生物课”变成了“死物课”。再者，中学生认识对象和认识方式的特点，是以学习间接经验为主，思维正处于从形象思维向抽象思维过渡的时期。因此，中学生物学教学过程，必须以观察，实验等直观形式为基础。把信息技术应用于生物课的教学，可以让学生通过事物的形、声、色的变化来获取知识，认识事物的内在的规律，而不是通过抽象的信息获取知识，使教学上的一些重点、难点得以突破。
例如，在“有丝分裂”的教学中，对于有丝分裂过程中染色体的变化特点以及染色体，染色单体和DNA的关系一直是教学中的难点，如何突破呢？如果用传统的教学模式――粉笔加挂图，则很难讲清在分裂间期染色单体如何形成的以及在分裂期又如何分开，并且平均分配到两个子细胞中去的动态过程。那么采用信息技术呢？下面我以植物细胞为例来谈谈如何突破相关难点：
1.播放植物细胞结构的动画课件，展示植物细胞结构示意图，边提问边演示，每提到细胞某一结构，则该部分闪动。（复习前面的知识，承上启下）
2.播放植物细胞有丝分裂的全程动态画面，让学生对细胞有丝分裂过程的认识有一个大概的轮廓。
3.在分裂间期，细胞中看不出有什么变化，这时可以将细胞核中的一条染色质长丝放大，然后显示它经过复制以后形成一条具有2条姐妹染色单体的染色体的过程。此处若用挂图来说明可能就达不到应有的效果。
4.播放分裂前期的动态画面并指出观察的重点：细胞核内的染色质的变化以及细胞结构的变化。此处特别是要突出染色质长丝如何高度螺旋化，缩短变粗，形成圆柱状或棒状染色体的。这一动态过程用传统的教学模式是难以突破的。另外，此时还要专门演示染色体、染色单体和DNA的关系：每条染色体上具有2条单体，其中一条闪动表示染色单体，每条单体中又有一条细丝表示DNA（DNA也闪动）。
5.播放细胞分裂中期的动态画面，并提示观察的重点：注意染色体是怎样运动的。此处要演示染色体怎样从散乱的状态在纺锤丝的牵引下整齐地排列在赤道板中央的动态过程。
6.播放分裂后期的动态画面，并指出观察重点：细胞中的染色体是怎么分配的。此处可以清楚地显示染色单体如何在纺锤丝的牵引下分开形成2条染色体，染色体又怎样平均分配到细胞的两极的。
7.播放分裂末期的动态画面，并指出观察重点：（1）细胞内有哪些主要变化？（2）两个子细胞是怎么分开的？此处重点显示染色体解螺旋形成染色质的过程。
8.以一对染色体为例，演示细胞周期中各时期的细胞染色体变化示意图，回顾各个时期的变化特点。
实践证明，在有丝分裂这部分内容的教学中，改变传统的教学模式，而应用信息技术多媒体课件辅助教学，可以把复杂的问题具体化，把抽象的问题形象化，动中有静，静中有动，给学生创设了一种良好的学习氛围，激发了学生的学习热情，使他们积极主动参与到教学中，从而大大提高了课堂教学效益。
总之，只有结合本学科和教育对象特点进行课程整合，才能真正达到整合的目的培养学生的创新精神和实践能力。
三、要本着从实际出发，因地制宜的原则，充分发挥传统教学技术手段在教学中的积极作用：
第2篇：生物信息学的优势范文
关键词： 信息技术 中学生物教学 教学实例 教学整合
1.理论背景
信息技术与生物课程整合的可能性应从信息技术、生物学科的特点出发，还要寻求支撑的理论依据。
1.1信息技术的特点。
资源的海量化，形式的多样化，活动的交互性，学习的主动性，这些特点决定了学习主体进行自主选择、探究。
1.2生物学科本身的特点。
研究对象的生动和丰富性：生物及其环境的声、形、色等可用图片，电影和动画以充分展现；实验科学，对于一些宏观和微观的实验，如生态学、分子生物学，可以凭借信息技术再现。
2.整合的意义
2.1《生物课程标准》。
《生物课程标准》倡导探究性学习，力图改变学生的学习方式，引导学生主动参与、乐于探究，逐步培养学生收集和处理科学信息的能力、获取新知识的能力，以及交流和合作的能力等，并突出创新精神和实践能力的培养。
2.2拓宽信息来源，增大信息量。
“整合”使教学内容不再局限在教科书内，大量信息来源于教科书之外，如光盘、数字化图书馆等，特别是通过Internet可以到任何一个网站上查询和搜集所需要的信息，可以下载网上有关生物的影视信息在课上播放，并可及时将生命科学、技术的最新研究成果和发展动态补充为课程内容。
2.3信息技术与创设虚拟情境。
知识是学习者在与情境的交互作用过程中自行构建的。因此，情境化学习在生物课程别受到关注。利用多媒体计算机可以通过3Dmax三维动画技术、Flash二维动画技术，创设出逼真的生物形象和生活场景，使学生有身临其境的感觉，有利于学生利用已有的知识和经验与当前学习的新知识整合，建构新的认知结构。还可以利用多媒体计算机技术虚拟那些难以观察的生命现象和生理过程，甚至实现虚拟实验。
3.教学实践
3.1课题选择。
什么样的内容适合用多媒体进行教学？通过多次教学实践证明，只要能找到多媒体教学与相关知识的整合点，这样的内容就可以进行多媒体教学。
3.2教学设计（以人教版高中生物必修二“DNA分子的结构”为例）。
DNA分子的结构
教学目标：
知识目标：
1.概述DNA分子的结构的主要特点；
2.制作DNA分子的双螺旋结构模型；
3.讨论DNA双螺旋结构模型构建历程。
能力目标：
1.制作DNA双螺旋结构模型，锻炼学生的动手、动脑，以及空间思维能力；
2.对科学探索基因的本质的过程进行分析和讨论，领悟假说――演绎和模型方法在这些研究中的应用。
情感目标：
1.认同与人合作在科学研究中的重要性，讨论技术进步在探索遗传物质奥秘中的重要作用；
2.认同人类对遗传物质的认识过程是不断深化、不断完善的过程。
教学重点：
1.DNA分子结构的主要特点；
2.制作DNA分子双螺旋结构模型。
教学难点：
DNA分子结构的主要特点。
授课类型：新授课
教学过程：
课前准备：
前一周就要求学生收集有关DNA的信息（主要是关于DNA的结构和DNA的应用）。
学生上台讲解：
引入：
十年前还鲜为人知的DNA，现在已经家喻户晓了，现在DNA的双螺旋结构模型已经成为分子生物学的象征，甚至成为高科技的象征。但是DNA是由什么构成？他们是如何连接，以及有什么样的特点呢？这是我们今天要探讨的话题。
一、DNA双螺旋模型的构建
1.科学家
贡献最大的三位科学家是：?摇?摇?摇?摇、?摇?摇?摇?摇、?摇?摇?摇?摇。
2.探究历程：?摇?摇?摇?摇
DNA的化学组成 磷酸脱氧核糖含氮碱基（A、T、C、G）
脱氧核苷酸一条脱氧核苷酸链DNA分子
3.模型制作
【模型建构1】：脱氧核苷酸
【模型建构2】:一条脱氧核苷酸链
【模型建构3】:DNA平面结构
【模型建构4】:DNA双螺旋
二、DNA的分子结构
DNA分子结构主要特点
（1）DNA分子是由?摇?摇?摇?摇条?摇?摇 ?摇?摇长链盘旋而成的?摇?摇?摇?摇结构。
（2）?摇?摇?摇?摇交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；?摇?摇?摇?摇在内侧。
（3）两条链上的碱基通过?摇?摇?摇?摇连接起来，A与T、G与C形成碱基对，遵循?摇?摇?摇?摇。
DNA碱基量的关系是：
整个DNA分子中：
①A=T；G=C②A+G=T+C；A+G=T+C=A+C=T+G=1/2（A+G+C+T）③（A+G）/（T+C）=（A+C）/（T+G）=1即：DNA分子中任一非互补碱基之和恒等，=1/2DNA碱基总数
例1：已知1个DNA分子中有1800个碱基对，其中胞嘧啶有1000个，这个DNA分子中应含有的脱氧核苷酸的数目和腺嘌呤的数目分别是（）
A．1800个和800个 B．1800个和l800个
C．3600个和800个 D．3600个和3600个
例2：若DNA分子中一条链的碱基A：C：T：G＝l：2：3：4，则另一条链上A：C：T：G的值为（）
A．l：2：3：4B．3：4：l：2
C．4：3：2：1D．1：3：2：4
三、小结
（一）DNA双螺旋模型的构建
组成脱氧核苷酸单链双链双螺旋
（二）DNA分子的立体结构
主要特点（1）2条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构（2）外侧――基本骨架：磷酸和脱氧核糖交替连接内侧――碱基对（3）碱基互补配对原则
记忆节节清:
DNA分子结构主要特点
（1）DNA分子是由 2 条长链按反向平行的方式盘旋而成双螺旋结构。
（2）脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。
（3）两条链上的碱基通过氢键连接起来，A与T、G与C形成碱基对，遵循碱基互补配对原则。
4.教学体会
多媒体教学充分调动了学生探求知识的主动性和积极性，大大提高了学习兴趣，而且利用多媒体网络教学，内容具有时代性，手法具有多样性，使学生在较短的时间内接受了大量的信息，增加了教学容量，拓宽了学生的知识面。
多媒体教学氛围轻松活泼，而使学生的学习方式也发生了改变，由原来的“要我学”转变为“我要学”，由过去的“被动灌输式”变为现在的“主动探究式”，实现了真正意义上的“兴趣学习”和“主动学习”。
多媒体教学给学生展示自我提供了广阔的舞台，无论是哪位同学都可以在BBS上发表他的问题或想法，其他同学亦可加入讨论。
多媒体教学具有及时反馈的特点，从而可以及时了解每个学生的学习情况，突破了传统课堂难以实施的“个体化”和“因材施教”等的局限。因此，利用多媒体网络组织教学，可以实现从班级整体教学向个体教学的转变，改变了以前那种全体学生都学习相同内容的教学方式，真正做到了因材施教。
参考文献：
［1］张昊.浅谈生物学科与信息技术的有效整合.
第3篇：生物信息学的优势范文
教育的使命是开发人的创造潜能。初中学生天真可爱、活泼好动、好奇心强、求知欲旺盛，乐于接受新鲜事物，具有发明创造的潜能。那么，如何在教学过程中挖掘、培养学生的创造潜能是新课标下教师教学的重点。下面就本人在探究教学中培养学生创新能力、实践能力的尝试、体会、收获作一简单分析。
一、 创设情境，激发兴趣，打开思维的大门
兴趣是培养学生对科学及身边事物产生探索意识的基础。积极的情绪能提高人的活动能力，并能激发人的探究心理。学习兴趣是学生想学乐学的基本情感，是创造力发展的必要条件。只有设法激发学生的学习兴趣，才能调动学生学习的积极性和主动性，使学生由被动学习逐步转变为主动自主学习，从而更好地培养学生的创新精神、自主学习能力和实践能力。
如何激发学生主动探索的兴趣，是教师首先要考虑的核心问题。在教学实践中，教师应抓住学生在学习过程中会表现出强烈的求知欲，对知识充满好奇心这一心理特征，对教学环节、方法及课堂的讲授进行精心设计，创设生动的教学情境，吸引学生的注意力，力争将学生的兴趣调动起来，使学生乐于参与到“教”与“学”的活动中来。
教学过程中学生最感兴趣的便是大家熟悉的生活中的一些现象。如果能经常启发学生用已有的生物学知识去解释生活中出现的现象，学生就会感到知识的价值，进而能最大限度地调动学生学习的自觉性和主动性。初中的学生思想活跃、求知欲旺盛，对一知半解的或理解错误的事物、现象等更有着强烈的好奇心，这样可以从现象入手，促使学生产生认知冲突，进入质疑状态，从而激发了学生内在的学习兴奋点。如： “为什么下雨过后蚯蚓会大量爬出洞穴？ 移栽幼苗的时候为什么要带土坨？ 一次施肥过多为什么会造成烧苗？为什么在适宜条件下绿豆能萌发而大米粒不能？ 为什么相同时间内慢跑比打篮球耗氧量大？ 为什么婴儿总是伴随着啼哭降生？ 为什么人在完成吞咽动作的同时不能进行呼吸?”等等。有了这样的兴趣作为引导，学生就会不断地在学习中思索，在思索中探究，从而逐步地培养乐于思考的习惯，培养良好的思维品质。另外在授课中也要充分利用多种直观教具或动手做一些小实验，化静为动，化抽象为具体，变复杂为简单，激发学生的学习兴趣。在教学中适时举行不同形式、不同内容的知识竞赛或辩论赛等，也是集中学生注意力，增加学习新鲜感，活跃课堂气氛，拓展学生学习兴趣的有效方法。
实践证明，培养学生探索新事物的兴趣，对学生创造力发展具有巨大的推动作用。它能增强学生的创造动机，提高观察事物的敏感性，也能帮助学生增强克服困难的决心和信心，激发他们的创造热情。
二、科学观察，大胆质疑，发散思维
善于观察是探究问题、认识问题的第一步。可以说敏锐的观察力是创新思维的起步器，没有观察就没有发现，也不会有创造。绝大多数学生对生物有着浓厚的兴趣，也乐于去观察相关的生命现象，但观察时往往漫无目的，空有一份热情，没有思考的意识，这样思维仅停留在事物的表面，失去了观察的真正意义。所以在探究教学中教师要重视培养学生科学的观察习惯和能力，注重引导学生仔细认真、有目的、有顺序、有比较、有主次的观察，提高观察的效率，并能在深入细致的观察中发现问题，提出问题。 “学启于思，思源于疑。”常有疑点、常有问题，才能常有思考、常有创新。如果通过细心地观察后，学生能够从中产生疑问，有一种“心欲求而不得，口欲言而不能”的情绪，那么学生的求知欲会更加的旺盛，学生的思维也会很快进入主动、积极、愉快的获取知识的状态中，学生很自然地成为了知识的积极探求者。
如学生通过自己亲自发豆芽，认真观察种子的萌发过程，提出了许多有价值且超出课本的问题 “蚕豆萌发所需的水最多时间最长，黄豆、红豆次之，绿豆最容易萌发需时也最短，种子萌发时的需水量是和其体积成正比吗？” “种子萌发长成小苗后发现其根深深地扎入了吸水纸中，这和植物根的吸水性有关系吗？” 再如学生通过观察发现“韭菜和韭黄都是由韭菜种子发育而成，为什么韭菜是绿色的，而韭黄是黄白色的？” “幼小的蚯蚓没有环带，而成熟的蚯蚓具有环带，环带有什么作用呢？” “为什么腌制后的黄瓜比腌制前的软？碟中的汤汁是从哪里来的？”等等。学生在观察中发现问题、主动思考解决问题，真正成为了学习的主体，并获得了丰富的情感体验。培养学生的问题意识同时也有利于培养创新精神和创新能力，所以教师在教学过程中，只有让学生敢于质疑、善于质疑、不断追求深入，才能使学生更好地领略知识的浩瀚，才能最终深化学生的思维过程。
三、整合资源、自主探究、延伸思维
实施探究性学习意在让学生亲自体验科学知识的获取过程，在主动学习、合作学习中发现问题、寻找规律以及解决问题的方法，从而培养学生的创新能力和实践能力。
学生是学习及自我发展的主体，教师要尽量给他们创造充足的自主学习的空间，让他们多观察、多思考、多分析、多讨论，充分发挥其主观能动性，而教师只是作为学生学习的组织者、引导者、合作者，必要时给以解释，但不能全部灌输，要进行有保留地适时得当地点拨，要授之以“渔”，使学生勇于突破自己的思维定势，提高创新思维能力，让学生用最少的时间和精力获取最大的效益。
在教学中，凡是学生通过查阅资料、观察思考、分析讨论等能解决的问题，尽量让他们自学，充分利用身边的各种资源、积极主动地获取知识，不断激发他们的探究欲望，强化探究学习的动机。在教学中，教师要以鼓励和信任的态度对待学生，看到每一个学生的闪光点，争取使每个学生都可以大胆地、尽情地交换各自的看法，不拘泥于形式，充分展示学生的思维过程，让他们在成功的体验中提高学习潜能和创造能力。
例如，在“探究鱼鳍在游泳中的作用”这一实验中，全班同学以实验小组为单位，都能主动提出本组的探究问题、作出假设，并且自己设计实验方案，再根据自己的方案，亲自动手实验，亲自体验，整个过程中教师没有干预。实践证明学生在利用自己掌握的生物学知识、技能去探究解决相关问题时，兴趣浓厚，情绪高涨，合作愉快，而且成果显著，摆脱了对教师过多地依赖，真正体现了学生的主体地位，同时也提高了他们分析、判断、推理、创新等多种思维能力。
四、融会贯通、创新优化、拓展思维
绝大多数学生都喜欢自己独立完成生物实验，亲自触摸、观察、思考、体验，然而过去的生物实验，课题、过程、材料、工具等都对学生做了限制和规定，学生只是机械地完成教师规定的任务。现在新教材则提供了大量的自主探究实验，给学生更多的自和选择权，让学生的聪明才智、学习潜能有了发挥的场所，可以说探究学习越来越显现出在激发学生学习兴趣、构建基础知识和培养创新能力等方面的独特优势。
在生物教学中，对于一些比较深奥的生物学知识，如果通过具体的实验来揭示，对增强学生的感性体验、化解难点等方面都有很大的好处。例如，在“发生在肺内的气体交换”的内容中，呼吸的原理一直是教学中抽象性强、难理解、易错解的难点，而且初一的学生没有相应的物理知识基础，所以知识理解接受起来都相对困难。如果让学生亲自动手制作相应的模型，通过实践亲自体验，学生会在操作、交流中渐渐理解其中的道理，同时创造能力、动手能力、合作能力也都得到了培养。
学生的大脑并不是一张白纸，他们积累了许多生活经验，再加之好奇心强、求知欲旺盛，他们在探究中往往会涌现出很多的奇思妙想。为了发展学生的创新意识和实践能力，在某些探究活动中，教师应允许学生在一定范围内自己设计探究方案或优化教材中提供的方案。
例如，在探究种子萌发的环境条件时，学生常常会提出肥料、土壤、阳光、空气、水分、温度等6个因素。虽然肥料、土壤、阳光等条件根据常识及生活经验分析能够排除，但最好仍然安排他们针对这些因素亲自动手做对照实验来验证假设，并用理论知识解释，究竟为什么这些因素不是种子萌发的必备条件，同时也能够培养学生的观察能力、提出问题、分析问题和解决问题的探究能力。另外，在探究空气因素时，为了能够更好地体现以空气为单一变量的对照原则，全体学生又通过讨论交流，重新对该实验设计进行了优化 （第一，使用刚冷却的凉开水；第二，在水面表层滴植物油，使水与空气隔绝） ，使水中溶解的氧含量降低到最少。这次探究挖掘出了学生巨大的潜能，教师更应相信只要留给学生充足的空间，他们定能展开思维的翅膀遨游于知识的海洋。
五、讨论交流、总结评价、升华思维
课堂上适时组织小组讨论是学生积极参与教学的过程，也是培养学生创造力的有效途径。每个学生由于兴趣爱好及生活环境不同而具有不同的特点。有些内容对某些学生来说是熟知的、容易理解的，而对另一些学生来说则是陌生的、难以理解的。所以教师要多创造小组合作学习的机会，让学生在一定的情境下，通过相互启发、相互帮助完成自主学习。当学生获得大量感性材料而尚未得出结论时组织学生讨论、分析综合，可以促进学生思维能力的发展；当学习过程中出现了难点,学生不易理解时组织讨论,虽然有时讨论会陷入困境，但学生经历了研究和思考，思维也会在探索的道路上得到发展。有时学生可能产生争论，但通过集思广益，学生的思维能够得到从发散到集中的训练。另外,新课程中有许多资料分析的内容，如单靠学生个人进行分析，有时较难弄懂，而如果通过小组合作学习，互相启发、讨论交流，从各个角度多向思维，就能较快理解、掌握资料所包含的信息，提高资料的阅读分析能力。通过多次实践证明，学生能在与他人交流中建立积极的心态，灵活多变地解决所提出的问题，并将这些问题的内涵扩展到自己的学习生活中，淡化了学生对老师的依赖，逐步培养了学生勇于探索的习惯，同时也有助于学生创造性人格的形成。
第4篇：生物信息学的优势范文
关键词：生物信息学 创新实践能力 教学改革
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（c）-0143-02
2013年三位美国科学家以“为复杂化学体系设计了多尺度模型”而获得了诺贝尔化学奖，从此生物信息学（Bioinformatics）真正走到了自然科学的前台，成为未来发展的重要方向和热点。生物信息学是以生物学为核心和灵魂，以数学和计算机为基本工具的一门交叉学科，综合运用数学、计算机科学和生物学的各种工具，获取、处理、存储、分发、分析和解释生物信息，进而揭示大量数据所蕴含的生物学意义。生物信息学已经成为生物医学、农学、遗传学、细胞生物学、分子生物学等学科发展的强大推动力量，目前已经成为高等院校生命科学相关专业学生必须掌握的主要专业课程。要实现中华民族伟大复兴的中国梦，离不开科学技术的创新驱动，创新人才的培养自然成为高等院校的主要责任，高等院校教师需要根据培养学生创新实践能力的要求不断的开展教学改革。鉴于生物信息学的重要作用，最近几年各高等院校都相继开设了生物信息学课程，但是由于生物信息学是一门广泛的交叉学科，需要学生具有较扎实的多学科基础知识，且生物信息学自身发展迅速，新概念、新算法、新数据库等层出不穷，需要教师不断跟进，因此生物信息学的教学与其他学科显示出明显的不同，旧的教学方法不能适应生物信息学课程的发展。生物信息学教学改革的内容应该着重于提高学生的创新实践能力。该文将生物信息学教学改革中总结的经验，从教学理念、教学方法、教学内容和考试改革等方面，对在生物信息学课程的教学中如何培养学生创新实践能力进行了讨论。
1 教学理念上强调学生的实践能力和自主创新思维的培养
生物信息学是一门实践性非常强的学科，同时具有多学科交叉的特点。对于非生物信息学专业的生命科学相关专业学生，主要课堂目标是熟练应用各种软件、数据库解决实际的生物学问题，而不是研究新算法、开发新程序。非生物信息学专业的学生一般具有较好的生物学基础，对于核酸、蛋白质等相关知识已经较为熟悉，在教学中不必过多重复，而对于生物信息学中的数学模型，程序原理等内容具有较大的学习障碍，经过我们的教学发现，学生对于这些内容的不理解并不会显著影响其应用软件的实践能力。因此，对于非生物信息学专业的生物信息学本科课程，应当简化复杂难懂的理论知识，注重培养学生的实践能力，使学生可以应用生物信息学工具对生物数据进行分析，解决实际问题，在使用生物信息学工具解决实际问题的时候对生物信息学产生兴趣，增强创新实践能力。
2 采用启蒙式、研讨式、运用式等生动形象的教学方法
为了强调学生的实践动手能力，采用启蒙式、研讨式、运用式等生动形象的教学方法。（1）将授课地点定在计算机网络教室，接驳互联网的计算机安装有课堂管理系统，实时演示教师的操作。教师在授课过程中结合具体实例边讲解边示范操作，学生边听课边练习。（2）对课件增加图片、视频、音频等多媒体素材，使抽象的、静态的生物信息学知识以具体的、动态的形式演示，提高学生的学习兴趣，加深学生对知识的掌握程度。例如在讲解蛋白质三维结构相关知识时，教师需准备好各种蛋白质的三维结构素材，并使用（同时教会学生使用）专业蛋白质三维结构看图软件进行演示操作，这样可以显著提高学生的实际操作兴趣。（3）进行课程录像，记录课堂上老师的讲课现场和计算机操作屏幕的录像，将视频放到网络教学平台上，供学生课后观看，降低生物信息学学习难度。（4）进行随堂在线操作练习，以教师和学生分别自设题目的方式开展创新实践练习，促进学生创新性思维方式，注重提高理论用于实践的综合能力，同时更有效地提高学生计算机应用能力。（5）采用双语授课，提高学生专业英语能力。生物信息学的实际操作离不开数据库和软件，而目前国际上通用的生物信息学在线数据库和常用软件的界面都是英文，因此学生必须能看懂生物信息学相关概念的英文说法。我们采用双语授课，对课程中的关键信息再使用中文重点讲解一遍。教学中发现大多数学生对英文授课及英文软件有惧怕和惰性心理，对此我们采用循序渐进多次重复的方式帮助学生克服最初的惧怕建立信心，在英语授课前一周，教师将多媒体课件通过网络教学平台发送给学生，并列出来关键名词，供学生提前预习，减少课堂上直接听英文的难度，在数据库和软件中，安排学生多次使用同一个软件，同一个数据库，对常用的词语进行重点说明，从而减小学习压力，增强学习信心。本方法增强了学生主动学习生物信息学自主能力，同时提高了学生英文听、说、读、写等能力。（6）发挥网络教学的优势，教师可根据教学内容从网上下载教学辅助资料，充分利用网络的现有资源，并通过网络教学平台为学生提供教学资源，将制作的教学课件、教学大纲、教学录像、参考文献、思考题、自测题等上传到教学平台上，使学生随时随地在教学平台里面进行下载教学课件、回答问题、提出问题，老师或者同学可以对所提问题进行网上解答、探讨。教师还可以通过网上论坛、聊天室、QQ、E-mail等对学生学习和生活进行指导和关心，可以及时了解掌握学生的学习情况，有利于教师不断调整教学方案，达到更好的教学效果。
3 教学内容上增强课程应用性
生物信息学的课程内容很多，具有很强的跨专业性，由于课时和学生专业的限制，我们应选择性地进行授课，教学内容主要强调课程实践应用性。（1）要在课程的第一节课明确生物信息学在生物学中的作用，讲解几个有趣而又简单的生物信息学应用，提高学生的学习兴趣。（2）对于理论知识只讲解其中最为基础而不可缺少的，并结合实际操作使学生形象化、具体化。授课中穿插讲解有趣而简单的生物信息学应用实例，提高学生的学习兴趣。（3）增加实验课学时，增强学生动手操作实践能力。生物信息学主要是通过计算机软件完成对生物数据的分析，分析过程中易出现各种错误，需要在多次操作实践中不断总结经验才能熟悉。因此增加实验课学时会明显增加学生的实践能力。我们每一节课分为两部分，理论讲解和实验操作，在理论讲解完成后，马上开展实验操作，这样可以让学生理解软件中应用的原理，不会出现在实验课时理论与实验脱节的现象。（4）生物信息学发展迅速，需不断把握国际最新进展，更新知识库，使学生学到最新的技术，更好的应用到实践中。因此我们密切关注学科发展动态，掌握最新研究成果，每学期的教学随时进行知识更新，及时将国内外及教师的新知识、新成果作为教学内容的一部分传递给学生。同时我们使用双语授课，并保证授课内容紧跟生物信息学的前沿，保证学生学到的都是最新的知识，刺激学生探索与实践的欲望。
4 考试改革上促进学生实践能力和创新思维
考试改革的目的是强化实践教学，注重创新能力的培养;发挥教学中的积极性、主动性、创新性;在加强素质教育的基础上扩宽专业教育;培养“宽厚型、复合型、创新型、外向型”人才。考试可分为期末考试、平时练习和上机考试等三部分。期末考试使用传统的考试方式。平时练习为教学中的课堂练习题的评分。对于上机考试，我们引入无纸化考核，通过上机实践操作，重点考核学生在互联网环境下的随堂在线操作，随堂在线测试的内容主要是使用各种软件和数据库分析生物数据的操作实践，增强学生理论应用实践的综合能力。例如给出一个蛋白质的名称，让学生查询此蛋白质的序列、理化性质、翻译后修饰等信息，预测蛋白质二级结构，三维结构等操作。学生使用计算机在线完成指定的生物信息学分析内容，考查学生掌握实践操作的程度，促进学生注重提高理论用于实践的综合能力，同时更有效地提高学生计算机应用能力。这种考试模式可以显著的提高学生实践的积极性。
5 结语
总之，生物信息学教学需要培养学生自主创新学习的能力和在实践中自主创新获取知识的技能，使学生知识、能力、素质协调发展。为了提高学生创新性思维和实践操作能力，生物信息学教学改革应从以下几方面进行：在教学理念上，强调学生的实践动手能力、创新思维的培养;在教学方法上，采用启蒙式、研讨式、运用式等生动形象的教学方法;在教学内容上，增加实验学时，增强课程应用性，理论为实践服务;在考试改革上，采用多种考查考核方式促进学生实践能力、创新思维。在今后的教学工作中，我们将继续探索行之有效的教学方法、教学手段和教学模式，启发学生的创新实践意识，培养学生的创新思维和实践能力，以满足现代社会对创新型人才的需求。
参考文献
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第5篇：生物信息学的优势范文
关键词：生物信息学；形成性评价；教育教学改革
中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）22-0147-02
生物信息学（Bioinformatics）是近二十年来迅速发展起来的一门新兴前沿学科，它综合利用计算机科学和信息技术，通过对海量生物学数据的处理和分析，揭示其中蕴藏的内在联系和生物学含义，进而提炼有用的生物学知识。随着人类基因组和多种模式生物测序的完成，有关核酸、蛋白序列和结构的数据呈指数增长，面对如此庞大而复杂的数据资源，运用计算机获取管理分析数据、控制分析误差、加速分析过程势在必行，生物信息学应运而生并迅速蓬勃发展起来，并逐步成为生命科学在信息时展的核心内容之一，对生命科学研究带来革命性变革。受到国际大环境的影响，国内各重点大学纷纷开展了生物信息学专业的设立，一般医学院校也开展了生物信息学必修及选修课课程，由于生物信息学是新兴学科，在教学现状上存在很多不足，如：教学手段落后；只注重理论教学，忽视理论应用于实践的重要性，导致学生所学的理论知识与实际工作脱节；教学内容简单，体系不完整，完成课程后学生不能将所学知识融会贯通；不注重培养学生的整体生物信息学思维。如何提高生物信息学课程的教学质量是教育教学改革的重要内容。
一、生物信息学的教学特点
1.是多学科、综合交叉的产物。生物信息学是一门由计算机技术、数学、生物医学多学科综合交叉的新兴学科，对本课程的学习，除了要求掌握获取和利用大量生物数据信息的基本知识和技术外，还要求掌握相关的数学、物理学、计算机程序设计、分子生物学等医学基础知识相关的知识和技术，培养的是复合型、交叉型人才。
2.数据、信息量庞杂，发展迅速。目前生物信息数据处于高速的实时更新中，数据类型和内容相当丰富，同时亦包含大量的冗余及错误数据，仅GenBank数据库就包含了来源于十多万个物种的数据，除了人类还包括小鼠、拟南芥、水稻、斑马鱼、果蝇等模式生物及原核生物、病毒等数据。近十年来，核酸碱基数目大约每14个月就翻一倍，2014年1月2日，在Nucleotide数据库中输入Human，就可以获取30 942 725条数据，而两年前这数字仅为14 617 064。面对这么庞杂的海量数据，教学内容必须围绕方式、方法来展开。
3.教学及课后学习应用必须在网络环境中进行。海量的数据均存储在网络环境下的数据库中，信息的获取、分析和处理都必须通过Internet网络来实现。因此教学活动亦必须围绕网络环境展开，利用网络，传授学生获取数据信息并开发和利用的技能，强化操作训练，增强学生分析解决问题的能力。综合来说，生物信息学的教学内容丰富，教学方法多样，考核评价及教学效果反馈复杂，因此，传统的学习评价不能适应生物信息学教学的发展。
二、形成性评价的内涵
形成性评价（Formative assecssment）是1967年由美国的评价学专家斯克里芬（M. Scriven）提出的，后被美国的教育学家布卢姆（B.S.Bloom）应用于教学领域。指在教育活动中，即学生知识、技能及态度的形成过程中检测学生的进步，监控学生知识与技能的获得，评价学生的学习进展情况，最终通过反馈来调整教学以提高教学质量。形成性评价是在教学过程中为了获得有关教学的反馈信息，改进教学，使学生知识达到的掌握程度所进行的系统性评价。
三、形成性评价应用于生物信息学的优势
形成性评价强调的是对教和学过程进行多层次、多元化的分析和判断，促进教和学过程的完善和发展，同时，形成性评价还强调对学生的学习过程进行评价，它不仅从评价者的需要出发，更注重从被评价者的需要出发，重视学生在学习中的体验，重视师生间的交流，使学生在评价中能正确了解自我、完善自我，利于培养学生的自主学习能力。
1.评价贯穿整个学习过程，符合生物信息学内容的复杂性。生物信息学内容丰富、庞杂，更新快，传统的终结性评价只考察学生掌握的部分内容，因此评价过于片面，而形成性评价贯穿在学生学习的整个过程，对学生日常学习过程的表现、所取得的成绩及所反映的情感、态度、学习策略等方面做出评价，更符合生物信息学的教学工作。
2.评价主体更加多元，激发学生学习主动性，有益于生物信息学技术的自主学习。传统的终结性评价主要是教师对学生的评价，学生往往处于被动状态，无法激发其学习兴趣。形成性评价则强调学生的主动参与，使学生成为积极评价的主体，加强评价者与被评价者之间的互动，鼓励学生自我评价与同学间互评，促使他们不断回顾和反思自己的学习过程及方法，从而进一步培养学生学习的主动性与积极性。这点与生物信息学课程的教学方法多样性不谋而合，激发学生的自主学习、多方法、多手段综合运用的能力。
3.评价结果更全面，更符合生物信息学教学目标。终结性评价常以一次或少数几次测试来批判，重知识轻能力，重片面的知识结果轻学习过程，而形成性评价的内容贯穿整个教与学的过程，不仅注重学生对知识的掌握情况，而且也重视评价学生的学习态度、策略及情感因素，因此更全面更科学。
4.评价结果的反馈作用更有针对性，有利于及时调整教学方法。形成性评价能及时准确地反映学生在一定阶段的学习情况，给学生及教师提供及时的反馈，更有针对性地帮助学生建立自信心，激发和培养学生的学习兴趣及良好的学习习惯，同时可以使教师及时了解学生的学习情况和需要，以便调整教学内容，改进教学方法，从而提高教学效果。
四、形成性评价在生物信息学教学中的应用策略
1.统一规划，制定综合评价方案。开课之初，制定详细的学习评价体系，将该学期的学习教学大纲及课程进度表发给每一位同学，由学生及教师共同参与制定学习计划及学习评价表，每一部分分别由教师评价、学生自评、和小组同学互评三项构成。教师需事先给出评价范例和评估标准，对标准进行合理的描述和解释，以便学生对照执行。在每次自评及互评后，教师应利用E-mail及QQ等在线工具及时的将结果反馈，指出评价过程中的问题及改进的意见。评价方案获得学生的认可方能使学生乐于参与，乐于反思和改进自我，并在评价中体验成功和快乐。
2.建立学习及评价小组。生物信息学的学习方法、获取数据信息的手段很多，学习小组的成立有利于在学习过程中及时交流、相互学习促进和共同解决问题，小组成员间相互更为了解，可以开展课堂学习及课外自主学习的监控和评估，并保证学生互评环节的顺利开展。每次互评将根据参与程度、合作行为、知识掌握程度等记录在册，教师亦应关注和指导小组评价工作的开展，并及时做好小组成员间的协调工作。
3.建立学生学习档案。生物信息学课程基本都依赖网络来完成，每次课堂学习后练习、学生间讨论及学生自评互评等都以电子档案的形式保存，可以包括文字、图片、声音、视频等。学习档案体现了学生的整个学习过程，展示学生努力学习后所取得的进步和成绩，也客观地反映学生的不足，有利于学生形成自我反思和自我评估，有助于培养独立的自我学习习惯，增强参与感和学习积极性。
4.综合成绩评定。在学期末，根据学生学习的全过程，将对学生学习状态的监控纳入最后的成绩评定，制定合理的比例方案，用综合成绩评定取代单一的终结行评定方法，更全面的评价学生。
综上所述，形成性评价体系更适应生物信息学教学特点，有传统评价无法比拟的优点，但同时增加了教师的工作量，无形中实施难度亦加大。为了更好地实施形成性评价，首先应明确的是，这不是教师个人的问题，学校、院系及各部门均应统一认识，建立从上而下的评价机制和比较完善的教学管理及学分管理制度。其次，健全教师参与形成性评价的激励制度，解决教师业绩考核等制约形成性评价实施的因素，建立具体的奖励制度使教师自觉纳入形成性评价，优化课题教学模式。最后，鼓励教师以团队形式参与形成性评价教学改革，分享教学经验，探讨教学问题，进一步提高教学效果。
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第6篇：生物信息学的优势范文
关键词：推荐系统；生物信息学
推荐系统(RecommenderSystem)[1]是个性化信息服务的主要技术之一，它实现的是“信息找人，按需服务”；通过对用户信息需要、兴趣爱好和访问历史等的收集分析，建立用户模型，并将用户模型应用于网上信息的过滤和排序，从而为用户提供感兴趣的资源和信息。生物信息学(Bioinformatics)[2,3]是由生物学、应用数学和计算机科学相互交叉所形成的一门新型学科；其实质是利用信息科学的方法和技术来解决生物学问题。20世纪末生物信息学迅速发展，在信息的数量和质量上都极大地丰富了生物科学的数据资源，而数据资源的急剧膨胀需要寻求一种科学而有力的工具来组织它们，基于生物信息学的二次数据库[4]能比较好地规范生物数据的分类与组织，但是用户无法从大量的生物数据中寻求自己感兴趣的部分（著名的生物信息学网站NCBI(美国国立生物技术信息中心)，仅仅是小孢子虫(Microsporidia)的DNA序列就达3399种），因此在生物二次数据库上建立个性化推荐系统，能使用户快速找到自己感兴趣的生物信息。特别是在当前生物信息数据量急剧增长的情况下，生物信息学推荐系统将发挥强大的优势。
1推荐系统的工作流程
应用在不同领域的推荐系统，其体系结构也不完全相同。一般而言，推荐系统的工作流程[5]如图1所示。
(1)信息获取。推荐系统工作的基础是用户信息。用户信息包括用户输入的关键词、项目的有关属性、用户对项目的文本评价或等级评价及用户的行为特征等，所有这些信息均可以作为形成推荐的依据。信息获取有两种类型[6]，即显式获取(Explicit)和隐式获取(Implicit)，由于用户的很多行为都能暗示用户的喜好，因此隐式获取信息的准确性比显式高一些。
(2)信息处理。信息获取阶段所获得的用户信息，一般根据推荐技术的不同对信息进行相应的处理。用户信息的存储格式中用得最多的是基于数值的矩阵格式，最常用的是用m×n维的用户—项目矩阵R来表示，矩阵中的每个元素Rij=第i个用户对第j个项目的评价，可以当做数值处理，矩阵R被称为用户—项目矩阵。
(3)个性化推荐。根据形成推荐的方法的不同可以分为三种，即基于规则的系统、基于内容过滤的系统和协同过滤系统。基于规则的推荐系统和基于内容过滤的推荐系统均只能为用户推荐过去喜欢的项目和相似的项目，并不能推荐用户潜在感兴趣的项目。而协同过滤系统能推荐出用户近邻所喜欢的项目，通过用户与近邻之间的“交流”，发现用户潜在的兴趣。因此本文所用的算法是基于协同过滤的推荐算法。
(4)推荐结果。显示的任务是把推荐算法生成的推荐显示给用户，完成对用户的推荐。目前最常用的推荐可视化方法是Top－N列表[7]，按照从大到小顺序把推荐分值最高的N个事物或者最权威的N条评价以列表的形式显示给用户。
2生物信息学推荐系统的设计
综合各种推荐技术的性能与优缺点，本文构造的生物信息学推荐系统的总体结构如图2所示。
生物信息学推荐系统实现的主要功能是在用户登录生物信息学网站时，所留下的登录信息通过网站传递到推荐算法部分；推荐算法根据该用户的用户名从数据库提取出推荐列表，并返回到网站的用户界面；用户访问的记录返回到数据库，系统定时调用推荐算法，对数据库中用户访问信息的数据进行分析计算，形成推荐列表。
本系统采用基于近邻的协同过滤推荐算法，其结构可以进一步细化为如图3所示。算法分为邻居形成和推荐形成两大部分，两部分可以独立进行。这是该推荐系统有别于其他系统的优势之一。由于信息获取后的用户—项目矩阵维数较大，使得系统的可扩展性降低。本系统采用SVD矩阵降维方法，减少用户—项目矩阵的维数，在计算用户相似度时大大降低了运算的次数，提高了推荐算法的效率。
(1)信息获取。用户对项目的评价是基于用户对某一个项目(为表示简单，以下提及的项目均指网站上的生物物种)的点击次数来衡量的。当一个用户注册并填写好个人情况以后，系统会自动为该用户创建一个“信息矩阵”，该矩阵保存了所有项目的ID号以及相应的用户评价，保存的格式为：S+编号+用户评价，S用于标记项目，每个项目编号及其评价都以“S”相隔开；编号是唯一的，占5位；用户评价是用户点击该项目的次数，规定其范围是0~100，系统设定当增加到100时不再变化。这样做可防止形成矩阵时矩阵评价相差值过大而使推荐结果不准确。(2)信息处理。信息处理是将所有用户的信息矩阵转换为用户—项目矩阵，使用户信息矩阵数值化，假设系统中有M个用户和N个项目，信息处理的目的就是创建一个M×N的矩阵R，R[I][J]代表用户I对项目J的评价。
(3)矩阵处理。协同过滤技术的用户—项目矩阵的数据表述方法所带来的稀疏性严重制约了推荐效果，而且在系统较大的情况下，它既不能精确地产生推荐集，又忽视了数据之间潜在的关系，发现不了用户潜在的兴趣，而且庞大的矩阵增加了计算的复杂度，因此有必要对该矩阵的表述方式做优化，进行矩阵处理。维数简化是一种较好的方法，本文提出的算法应用单值分解(SingularValueDecomposition，SVD)技术[8]，对用户—项目矩阵进行维数简化。
(4)相似度计算。得到降维以后的用户矩阵US，就可以寻找每个用户的近邻。近邻的确定是通过两个用户的相似度来度量的。本文采用Pearson相关度因子[9]求相似度。(5)计算用户邻居。该方法有两种[10]，即基于中心的邻居(Center－BasedNeighbor)和集合邻居(AggregateNeighbor)。本系统采用了第一种方法，直接找出与用户相似度最高的前N个用户作为邻居，邻居个数N由系统设定，比如规定N＝5。
(6)推荐形成。推荐形成的前提是把当前用户的邻居ID号及其与当前用户的相似度保存到数据库中，而在前面的工作中已找出各用户的邻居以及与用户的相似度，推荐形成部分只需要对当前登录用户进行计算。推荐策略是：对当前用户已经访问过的项目不再进行推荐，推荐的范围是用户没有访问的项目，其目的是推荐用户潜在感兴趣的项目；考虑到系统的项目比较多，用户交互项目的数量很大，所以只筛选出推荐度最大的N个项目，形成Top－N推荐集，设定N＝5。
3生物信息学推荐系统的实现
生物信息学推荐系统的实现可以用图4来表示。数据库部分主要存储用户信息和项目信息，用SQLServer2000实现。
数据访问层实现了与用户交互必需的存储过程以及触发器，也使用SQLServer2000，主要完成以下功能：初始化新用户信息矩阵；插入新项目时更新所有用户的信息矩阵；用户点击项目时更新该用户对项目的评价；删除项目时更新所有用户的信息矩阵。用户访问层主要涉及网页与用户的交互和调用数据访问层的存储过程，在这里不做详细的介绍。
推荐算法完成整个个性化推荐的任务，用Java实现。(1)数据连接类DataCon。该类完成与SQLServer2000数据库的连接，在连接之前必须要下载三个与SQLServer连接相关的包，即msutil.jar、msbase.jar和mssqlserver.jar。
(2)数据操作类DataControl。该类负责推荐算法与数据库的数据交换，静态成员Con调用DataCon.getcon()获得数据库连接，然后对数据库进行各种操作。把所有方法编写成静态，便于推荐算法中不创建对象就可以直接调用。
(3)RecmmendSource与CurrentUserNeighbor。这两个类作为FCRecommand类的内部类，RecmmendSource用于保存当前用户的推荐列表，包括推荐项目号和推荐度；CurrentUserNeighbor用于保存邻居信息，包括邻居ID号、相似度及其访问信息。
(4)协同过滤推荐算法FCRecommand。该类实现了整个推荐算法，主要分为邻居形成方法FCArithmetic和推荐形成方法GenerateRecommend。
下面给出方法FCArithmetic的关键代码：
Matrixuser_item=this.User_Item_Arry();//获取用户—项目矩阵
user_item=this.SVD_Calculate(user_item);//调用SVD降维方法
Vectorc_uservector=newVector();//当前用户向量
Vectoro_uservector=newVector();//其他用户向量
Vectorc_user_correlate_vector=newVector();
//当前用户与其他用户之间相似度向量
for(inti=0;ifor(intj=0;jc_uservector.addElement(user_item.get(i,j));
//1.获得当前用户向量
for(intk=0;ko_uservector.clear();
for(intl=0;lo_uservector.addElement(user_item.get(k,l));
//2.获得其他用户的向量
//3.计算当前用户与其他用户的相似度
usercorrelativity=this.Correlativity(c_uservector,o_uservector);
c_user_correlate_vector.addElement(usercorrelativity);
}
//4.根据当前用户与其他用户的相似度，计算其邻居
this.FindUserNeighbor(i,c_user_correlate_vector);
}
根据邻居形成方法FCArithmetic，可以得到每个用户的邻居。作为测试用例，图6显示用户Jack与系统中一部分用户的相似度，可以看出它与自己的相似度必定最高；并且它与用户Sugx访问了相同的项目，它们之间的相似度也为1，具有极高的相似度。
4结束语
在传统推荐系统的基础上，结合当前生物信息学网站的特点，提出一个基于生物信息平台的推荐系统，解决了传统生物信息网站平台信息迷茫的缺点，为用户推荐其感兴趣物种的DNA或蛋白质序列。
优点在于协同过滤的推荐算法能发现用户潜在的兴趣，能促进生物学家之间的交流；推荐算法的邻居形成与推荐形成两部分可以单独运行，减少了系统的开销。进一步的工作是分析生物数据的特点及生物数据之间的关系，增加用户和项目数量，更好地发挥推荐系统的优势。
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第7篇：生物信息学的优势范文
生命科学是21世纪的前沿学科，随着人类基因组研究计划的完成，人类更壮观的生命科学时代已向我们走来。针灸学是生命科学的分支学科之一，针灸学研究不仅是针灸学的，更是生命科学研究的一个重要组成部分[1]，所有适合生命科学研究的理论、技术与方法，都同样适合针灸学研究。
1 生命科学与针灸学
针灸通过调整脏腑的阴阳气血、虚实正邪等达到治疗作用。它将疾病的病理过程作为一个整体，根据机体不同状况，选用不同穴位和不同针刺手法，影响多靶点和疾病过程的多个环节，激发机体自身内在的调整能力达到治疗目的[2]。其整合作用不仅表现在影响疾病的病理过程，对体质改善也有作用，在解决疾病易感性方面优势明显。当前，人类的疾病已由以感染和营养失调为主的单因素疾病转向以机体自身代谢和调控失常为主的多因素疾病[3]，以多环节、多靶点的整合调节为特点的针灸学，具有发展的独特优势。 现代生命科学对生命层次的整体性认识及各层次间的功能网络联系理解，与中医整体观是不谋而合的，在思维模式上有许多相似之处，不同的是表述方式和研究层次的差异。引入生命科学技术研究针灸既不会脱离中医整体观念等基础理论，而且还会使针灸研究更加客观化、定量化，使针灸的抽象思维建立在科学实验的基础之上。针灸学的任务是应用针灸的方法探索生命科学并在临床上应用其成果。利用多学科交叉的理论与技术优势研究针灸学，必将为解决当代生命科学重大问题做出突破性贡献。
针灸作用涉及到神经、内分泌、免疫等多种调节系统的相互作用，不同针刺条件可能会产生不同疗效，传统方法无法同时了解不同系统间动态作用，针灸的研究总是难以深入发展[4]。针灸刺激可以引起人体各系统生理、生化水平上的多项指标的同步变化，失去了它治疗某种疾病机制上的相对特异性，难以取得突破性进展；针灸对某些基因表达具有一定调控作用，但针灸的调控无靶基因，且不清楚针灸对结构基因的功能有无调控；某些研究结果不能很好的指导临床。
人类基因组计划的突破，成为分子水平上理解机体器官以及分析与操纵分子DNA的又一里程碑，与之相发展并衍生一系列现代生物技术前沿：基因组学技术、生物芯片技术、蛋白质组学技术和生物信息技术[5]。生命科学的发展从形态分类到细胞生物、分子生物。从研究方法途径来说，解剖学、细胞学、分子生物学互相渗透结合在一起，如果针灸不在细胞层次、分子层次、结构与功能关系层次、信号传递与效应层次、基因型与表现型层次上进行学科交叉，吸收最新观念、方法、技术，就会被淘汰。
2 生命科学技术的应用与针灸学研究
针灸研究吸收、借鉴现代生命科学的新成果，可使针灸疗法更加科学化，现代生命科学的发展为针灸现代化提供了千载难逢的良机。针灸临床和基础研究的成果已经并将继续为充实生命科学提供客观资料，为进一步探索生命科学开辟新的思路。经络现象、腧穴功能、经穴-脏腑相关、针灸调节作用及机制、针刺麻醉和针刺镇痛原理等研究结果，涉及到不少目前尚未能被生命科学解释的问题。
基因组学从分子水平辩证地研究整体的功能和联系，它从细胞超微结构及分子相互作用阐述了生命的物质基础，再经综合分析，用现代系统论、控制论、信息论和协调论等学说，把“孤立”的物质与组成整体的所有器官联系在一起，把局部的作用和整体的健康状况联系在一起。基因组学研究充分认识到基因之间相互联系的复杂性，反映出基因组学与中医(针灸)学在思维方法学上的趋近性，显示出研究思路与方法相互渗透的可能性。许多学者着手于研究针刺对早期基因家族、神经肽、神经递质、激素及其相关受体的影响及基因技术在针灸基础研究中的应用，发现针灸可能对某些疾病或病理现象具有一些基因水平的调节作用。我们应当从调控基因的功能着手治疗疾病，进行针灸的多环节、多靶点的调节作用研究[6]。
生物芯片技术的发展不仅为生命科学的诸多领域研究带来一场革命，而且给我国新药的研究和开发以及中医药现代化带来了一次新的契机。基因芯片中的DNA微阵列可同时对大量基因的表达水平、突变和多态性进行快速准确的检测，观察针灸作用后大量基因表达改变的情况，不仅使我们能够了解到各种基因表达的变化情况，而且能够对基因间相互作用的关系和调控的渠道有初步的了解，有利于研究针灸这种全方位、多靶点作用的整体治疗方法及治疗过程中复杂的基因表达调控机制。抑制削减杂交技术是通过自身前后所提取的cDNA杂交，抑制并扣除其表达相同的非目的基因，而显示出两者表达有差异的目的基因。对于研究针灸这类作用靶点广泛，涉及大量未知基因表达的研究特别有用，对研究针灸的分子疗效及基因表达调控机制有重要意义。
蛋白质组学是对机体或组织或细胞的全部蛋白质的表达和功能模式进行研究，能清楚地表述细胞或组织或机体在特定时间和空间上表达的所有蛋白质。中医认为，疾病的发生主要是人体整体功能的失调，证候是疾病发展过程中某一阶段的病机概括。证候既然是有规律的病理表现，就必然有其物质基础支配机制。中医证的本质是细胞内基因诱生性表达的细胞因子，证的基本发病机制是由于细胞因子网络功能紊乱的结果[7-8]。细胞因子的本质是多肽，即蛋白质组研究的主要内容之一。从蛋白质水平可以反映细胞或组织特异性表型和表达模式，与临床症状和体征有必然内在联系。针灸作用突出的是多层次、多脏器、多水平调理过程，与整体和全局为出发点的蛋白质组学有着天然的亲和性。双向电泳、色谱、蛋白质芯片及质谱分析等技术为蛋白质组学研究针灸提供支持。生物体在生长、发育和适应环境的过程中蛋白质始终处于动态的变化过程，采用对基因组的表达产物-全套蛋白质的研究对于针灸现代化具有重要的意义。针灸发挥作用的基本环节是效应物质与生命分子之间的直接或间接的相互作用。针灸效应必然会引起从遗传信息到整体功能实现中的分子、细胞、器官、整体多个层面的结构与功能状态的改变。虽然决定这些结构与功能的基础是基因，但其直接的决定因素主要是基因翻译后的蛋白质。以蛋白质表达为指标，采用蛋白质组相关分析技术，以蛋白质调控改变和功能修饰为研究方向，比较分析针灸前后组织、细胞的蛋白质组，进行针灸效应的多环节、多靶点调整作用的研究，使我们能在分子水平了解针灸的作用靶点及方式、代谢途径，有可能对针灸作用机理取得突破性进展；研究针灸对蛋白质表达谱的影响，依据针灸经典处方中不同穴位对应基因及蛋白表达点以及表达量，与穴位配伍及刺激参数相关联，分析处方组成中各穴位间的密切关系，阐明针灸处方的组成原理；确定针灸不同经脉对应基因及蛋白表达靶点，并根据表达量的多少与对应脏腑相关联，同时分析不同经脉对应基因及蛋白靶点之间的相互作用，探讨经脉-脏腑相关。
生物信息学是在人类基因组计划研究中面对巨大且具有高度复杂性的生物数据的管理和分析需要而产生和发展起来的一门新兴学科[9]。以生物信息学的有关理论与方法作为桥梁，将生命科学中最前沿、最热点的研究与中医针灸联系起来，以信息、系统的观点切入针灸研究，有助于深入了解以整体观、辨证论治、辨经论治为核心的针灸疗法。将诊断、辨证和治疗的各种数据集中起来，借鉴当代生物信息技术，充分利用国内外现有的文献信息资源，建立各专业及相关的数据库，可逐步达到文献和信息的数字化。通过对数据进行整理、完善和提高，以及与国际相关数据库信息网的连接，高效地获得大量有用的信息，从多层次信息中发掘中医针灸的科学内涵。
3 结语
21世纪是信息时代，以生物信息技术为桥梁的综合研究很可能是针灸现代化研究的突破口。基因组和蛋白质组研究与生物信息学技术互相推动，并行发展。近年来，强调整体思维模式的中医学正逐渐受到世界医学界的重新认识和再评价，高通量、大规模平行性研究方法如生物芯片、大规模筛查系统和生物信息学等，为研究中医药基本理论提供了新的思路和方法。而充分运用基因组、蛋白质组、生物信息学等现代先进科技手段来分析针灸效应，以“国际通用的医学语言”阐明针灸效应及作用原理对针灸现代化研究具有重要意义。尽管我国在针灸临床研究上取得了许多重要的成果，但由于方法学上存在着某些不够规范的地方，限制了世界医学科学界对它的进一步认同，对生命科学技术在针灸学研究中的应用进行深入探讨非常必要。
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第8篇：生物信息学的优势范文
在8月21日举行的ChinaGrid第四届学术年会上,ChinaGrid专家组副组长、清华大学教授郑纬民介绍说:“ChinaGrid一期建设完成了网格技术平台架构的搭建和验证,实现了资源的共享,对高校的教育科研特别是数据库查找等应用起到了非常好的促进作用。ChinaGrid一期建立了图像处理网格、生物信息学网格、大学课程在线网格、计算流体力学网格、海量信息处理网格等五大网格应用,对高性能计算的应用具有非常大的推动作用。”
网格与云计算异曲同工
ChinaGrid从2002年8月开始筹备,2003年1月正式进入建设阶段,连通了国内13个省市的20多所著名学校,其中12所高校作为最初参建者,都建立基于高性能计算系统的ChinaGrid主节点,并协办开发了核心的ChinaGrid公共支撑平台软件(CGSP)。不过,由于各节点的建设全部由参与建设的高校自筹资金,资金相对缺乏,而且各节点的计算资源主要是各高校自用,从某种程度上说,使得ChinaGrid资源的全面共享和应用的深入发展受到了一定限制。
2009年,ChinaGrid将启动二期建设,目标是建立6个大型的数据中心,同时建立涉及材料、能源、气候环境、媒体计算、网络行为等领域的8个重点学科网格,并且要开发一些用于网格的公共软件,更有效地实现集群的调度。
“由于资金有限,ChinaGrid二期只能先建立8个学科网格。在ChinaGrid二期建设过程中,我们将把与各学科相关的资料、开源工具等都放到网格中去,为老师、学生提供一个资源库。另外,我们要充分利用ChinaGrid网格计算平台的优势,为那些计算资源缺乏的学校提供网格计算资源。”郑纬民介绍说,“目前,ChinaGrid主要是为教育系统内部的用户提供教育和科研方面的服务。”
在学术年会上,来自墨尔本大学的拉库马尔•巴亚博士介绍了云计算技术的最新发展情况,并阐述了建立以市场为导向的云计算架构的理论。今天,关于云计算的定义众说纷纭。拉库马尔认为云计算具有以下特征:云是一种并行、分布式系统,云是通过内部连接和虚拟化组成的计算系统,云可以实现自动配置,云表现为一个或更多统一的计算资源,云的最终落脚点是服务。虽然云计算还要解决很多问题,如安全、可用性、风险管理、可靠性、可扩展性等,但是拉库马尔认为,建立以满足客户需求和市场为导向的云计算架构已经变成了现实。
“未来,人们还可以建立一个云的网格,跨越云及其他IT资源,对时间和成本进行优化,找到资源与价格的平衡点。”拉库马尔表示。“从技术实现上看,云与网格的差别不大,都是并行的、分布式的系统。”谈到网格与云计算的关系,郑纬民表示,“网格是将所有的计算中心连接起来做事,强调的是资源共享,而云计算强调的是服务;网格的特点是利用多个地方的资源,强调通用性,而云计算大多表现为专用服务,以一个地方或一种服务为主,比如谷歌就是一朵搜索云,ChinaGrid二期要建设的8个学科网格也可以看作是8朵云。”
高性能计算超越摩尔定律
ChinaGrid的建设目标是将网格计算与高性能计算技术融合起来,为国内高校的教学和科研工作提供先进的技术服务平台。从以前只有少数科研机构采用高性能计算机到现在高性能计算机已经成为许多院校必备的基础设施,高性能计算机大规模进入中国高校正是高性能计算走向商业化、普及化的必然结果,也为英特尔在高性能计算领域的快速发展提供了契机。在2008年中国高性能计算机性能TOP100排行榜中,上榜的国内高校的高性能计算机多数采用了英特尔架构。
“目前,全球1/5的CPU都是用于高性能计算。”英特尔公司服务器平台事业部高性能计算业务总经理理查德•戴考特表示,“高性能计算领域是IT新技术的试验田,比如Linux、集群、InfiniBand等新技术的应用都是从高性能计算开始的。人们对于性能的追求是永无止境的。高性能计算的发展已经超越了摩尔定律,它将引领着未来IT技术的发展。”
ChinaGrid一期部署的5种应用网格对计算性能的要求十分苛刻,比如海量信息处理网格、计算流体力学网格上运行的应用本身就是传统的高性能计算应用。随着二期8个学科网格的加入,用户必然对ChinaGrid各节点的高性能计算系统提出更高的性能要求,以获得更佳的服务响应速度。以高性能计算机的核心CPU为例,英特尔在产品上不断推陈出新,刚不久的至强5500的计算性能是上一代至强5400的两倍,而且通过引入英特尔快速通道互联技术及集成DDR3内存控制器,使其服务器平台上内存及芯片组之间的带宽比至强5400提高了数倍。这些新特性使得至强5500无论在面对运算敏感型还是带宽敏感型的计算时都能游刃有余。在今年6月公布的TOP500排行榜上,33台基于英特尔Nehalem的高性能计算机上榜,其中有两台还进入了TOP20,而这一成绩是在Nehalem仅三个月后取得的。据了解,南京大学已经准备采用至强5500构建计算能力为35万亿次的高性能计算系统。
据理查得透露,2010年,英特尔将推出Nehalem EX,其性能、内存比上一代至强7400都有大幅度提高,不仅可以应用于高性能计算,也可以用于普通的商业应用。理查得表示:“Nehalem EX的推出将开创高性能计算领域的新格局。以前,胖节点系统的应用于并不多,而Nehalem EX最突出的特点在于,不需要节点连接器即可轻松构建8路系统,这必将促进胖节点的部署。在高性能计算系统中,单节点一定要保证最高的性能。胖节点的好处很多,比如减少节点总数,从而减少连接和进程,系统更稳定,而且可以有效节省能耗。”
高性能计算机是一种工具
在中国,教育科研领域一直是高性能计算发展的源动力。但是近两年,在全球范围内,高性能计算的应用发生了很大变化,高性能计算与金融、制造、动漫等商业应用的结合越来越紧密,其增长速度也超过了教育科研领域。在中国,这种趋势也越来越明显。理查德认为,由于传统制造业融入了更多设计的部分,未来制造业将成为中国高性能计算领域一个新的增长点。
ChinaGrid的长远目标是建成全国乃至全球最大、最先进和最实用的网格系统之一,不仅覆盖高等院校,还将包括全国中、小学校和其他教育科研机构。ChinaGrid建设和应用规模的扩大,必将引发更复杂和多样化的需求,用户也将面临更多挑战,比如更高的计算性能,在性能提升与节能减排之间寻找平衡点,应对处理器多核架构普及可能带来的软件开发及优化方面的压力等。
在构建高性能计算系统时,用户可以参考以下几项标准:系统是否具有出众的浮点计算和并行处理能力;系统是否拥有易管理性、节能性;系统是否易于部署、应用和扩展;系统能否在多核架构下并行化软件的开发。
第9篇：生物信息学的优势范文
乳腺癌发生机制和癌细胞耐药机制至今仍尚未完全阐明；近年来科研工作者对乳腺癌相关组织或细胞中微小RNA（micro RNA，miRNA）进行了研究，为阐明乳腺癌的发生、发展机制，并对其治疗提供了崭新的思路。
1 miRNA简介
miRNA是一类长度约为18～25个核苷酸(nucleotide，nt)(平均22 nt)的非编码小RNA分子，通过与mRNA的3端非翻译区(3′untranslated region，3′UTR)结合而介导翻译水平的调控。miRNA基因在RNA聚合酶Ⅱ的指导下，转录成命名为primiRNA的初级转录物。然后primiRNA进入由Drosha酶和辅助因子DGCR8(Disgorge syndrome critical region gene 8)／Pasha所构成的复合体中，在细胞核中被剪切成长约60～70 nt）、具有发夹结构的miRNA前体(precursor microRNA，premiRNA)。在核膜转运蛋白（exportin）5(Exp5)的协助下，premicroRNA从核内被转运到胞质中，经Dicer酶的作用被进一步剪切成21～25 nt的成熟miRNA。成熟的miORNA整合入基因沉默复合体(RNAinduced silencingcomplex，Rlsc)形成miRISC复合物，通过直接剪切靶mRNA或者与靶mRNA的非翻译区互补结合，抑制靶mRNA的翻译、影响蛋向质的合成，从而来调控多种生物学行为。miRNA涉及的主要生物学领域有：干细胞的分化〔1〕，细胞的凋亡〔2〕，出生缺陷〔3〕以及肿瘤的发生〔4〕。
2 miRNA的研究方法
mRNA的研究方法主要包括两大类，即生物信息学分析和生物学实验方法。在miRNA研究的初期，生物信息学方法发挥了非常重要的作用，可为miRNA研究提供有益的线索，指导实验的进行。而生物学实验则能提供直接而有力的证据，对预测结果加以确认。二者各有优势，互为补充，有机地将miRNA的生物信息学分析方法和生物学实验方法相结合，是miRNA研究的合理选择。
2.1 生物信息学分析方法
2.1.1 miRNA基因预测 miRNA克隆是发现miRNA基因的主要方法，但该方法存在许多缺陷，比如由于受所选取的组织样品量的限制，一些低表达量的miRNA可能会被遗漏，出现假阴性的结果。随着人们对miRNA结构特点及保守性的逐渐了解，依据miRNA在进化过程中的保守性及其茎环结构的前体结构特点编写计算机程序，对miRNA进行预测正成为寻找新miRNA基因的主要方法。Lim等使用MjrScan软件，分别在线虫和人中鉴定了30个和38个新的miRNA基因〔5〕。MirScan采用了一种独特的算法，即首先通过RNA fold软件寻找保守的并且可以形成茎环结构的序列作为候选miRNA前体，然后再与已知miRNA进行相似性比较，对候选前体评分，得分超过某一设定域值者作为候选的miRNA基因〔6〕。但只有少数候选miRNA基因已被实验确证：还有些候选基因的表达模式尚未知晓，未检测出其表达，因而出现假阳性结果〔7〕。
2.1.2 miRNA靶基因预测 成熟的miRNA通过其序列5′端的2～8个碱基(seed区)与mRNA上的相应靶点结合，发挥其抑制翻译和诱导mRNA降解的功能〔8〕。人们只有先对miRNA靶基因进行预测，才能对miRNA靶基因开展鉴定和功能研究等后续工作。从已知的miRNA与靶基因的相互作用中，人们发现miRNA 5′端的seed区可以与靶mRNA 3′端UTR区或者CDS区结合。因此，这一特点被各种靶基因预测方法广泛采用。同时结合miRNA与靶基因形成二聚体的热力学稳定性和二级结构分析软件，如MFold、RNAFold和RNAhybrid等，以及将miRNA的57端与靶基因的互补情况等作为其他限制条件来进行miRNA靶基因预测。目前，不同研究小组已开发出多个miRNA靶基因预测软件，如TargetScan、miR。anda、Pictar、DIANAMicr。oT和miRBase Targets等。
不同的预测方法，其程序算法不尽相同，结果很可能有较大偏筹；为减小不同方法带来的偏差，在实际应用中，需要多种算法联合分析。例如〔9〕：当分析miRNA在人血管紧张素I型受体(hAT1R)基因上的靶位时，miRanda软件预测出27个结合位点，TargetScan预测结果超过37个结合位点，其中有8个位点与miRanda结果重复：而应用PicTar算法，却未找到结合位点。也有观点表明：至少应由上述两种算法预测出的miRNA的结合位点，才对后续的miRNA靶位的证明实验有较大意义〔10〕。
2.2 miRNA靶标基因的体外验证 在生物信息学软件预测之后，为了排除预测的无功能位点和进一步对miRNA进行功能研究，还需进行miRNA靶标基因的确认和鉴定。该实验过程需先将靶mRNA完整的3′UTR序列克隆至SV40启动子驱动的报告基因(通常为萤火虫荧光素酶)的下游，如果一个特定miRNA可以与这个靶mRNA3′UTR相结合，就会抑制报告蛋白的生成，因此可通过检测被抑制的报告蛋白的活性(或表达程度)，来判断miRNA／mRNA之间的交互作用〔10〕。该方法简单易行，但其只是一种体外验证方法，不能完全模拟体内真实的调控环境。因此，当探讨特意miRNA在某一生理或病理过程中的功能、宣召其靶基因时，应选择合适的细胞膜性或其他有效的实验工具。
2.3 miRNA与mRNA的共表达及miRNA对靶蛋白的作用 一种miRNA只有与其靶基因mRNA在生物体内共表达(coexpression)，才能发挥其抑制靶基因表达的功能。miRNA与其靶基因是否共表达，可以简单地通过northern blot或者荧光定量PCR(qPCR)来证实。由于TaqMan定量PCR方法操作简便，可重复性强，被推荐为分析特定miRNA与靶mRNA的常用方法。例如，生物信息学预测hATlR基因的3′UTR区存在miR155的结合位点，研究者提取了血管平滑肌细胞(VSMCs)的总RNA，并以此为模板进行qPCR检测，分析hATlR和miR.155二者是否在特定细胞中存在共表达的现象。研究结果表明hATlR和miR155均在VSMCs细胞中有表达，并且hATIR的表达水平受miR155的抑制〔11〕。
此外，研究者还可以利用miRNA对靶蛋白的调控，来证实miRNA对靶点的作用。通常是先将存在miRNA／mRNA共表达的细胞暂时过度的表达所要研究的miRNA，利用Western印迹方法分析靶基因所编码蛋白的表达变化，从而进一步验证miRNA对靶蛋白的作用。除Western blot以外，ELISA或者免疫化学荧光试验方法也可以用来对蛋白质的表达进行定量的研究。
2.4 miRNA生物学功能的研究 如果通过实验能够证实某个miRNA可以对其靶基因进行相应的调控，则需进一步研究miRNA的生物学功能。主要包括细胞增殖、细胞分化、细胞凋亡、细胞迁移等常规生物学方法，还可以通过检测细胞表型改变等间接方法研究miRNA对蛋白质的影响〔12〕。
3 乳腺癌细胞中miRNA的相关特征
研究者以乳腺癌细胞系、正常乳腺组织和乳腺癌组织作为研究对象，利用不同方法检测出众多与乳腺癌相关的miRNA，然后利用某些分子生物学标记和细胞代谢活动的相关数据，推测这些miRNA的功能。在乳腺癌中各种miRNAs的功能不尽相同，对于其功能的分类也会因需要而有所差异；这里我们把乳腺癌相关miRNA分为癌基因miRNA和抑癌基因miRNA两类：当某些miRNA的表达在肿瘤中升高时，就被看做是癌基因；反之，则为抑癌基因〔14〕。
3.1 抑癌基因miRNA
3.1.1 miR206 miR206是Iorio等比较正常乳腺组织与癌组织中miRNA表达差异时，最早发现的与乳腺癌发生相关miRNA〔14〕。miR206在乳腺癌中的表达水平和ER的表达成负相关，机制比较复杂，包括蛋白质的磷酸化、乙酰化、SUMO化修饰、多泛素化修饰等。在ERα阴性乳腺癌细胞中，其表达量有所上升，提示miR206的功能可能与下调ERα基因的表达有关。Adams等发现：miR206可以与ERα受体mRNA的3′UTR端两个特异序列结合，下调ERQ的翻译，而不会影响ER13基因的表达；同时发现雌二醇（E2)或特异性ERα激动剂PPT也能明显下调miR206的水平。值得注意的是，ERα激活剂可以抑制miR206的表达，ERβ激活剂或者黄体激素却没有抑制作用，这说
明miR206对ERα基因表达的调控网络中存在反馈调节。此外他们还发现mir21、let27d也能调控ERα mRNA的表达水平，提示不同的miRNA可以调控同一个靶基因〔15〕。在ERα阳性乳腺癌细胞中，miR206的表达量则明显下降，若再将miR206转入雌激素依赖的MCF7乳腺癌细胞中，癌细胞的增殖受到抑制，这同样说明miR206对乳腺癌细胞中ERα的表达的负调控作用〔16〕。miR206可能在乳腺癌恶性转化及其转化过程中ER受体表达缺失导致非雌激素依赖性生长中起调控作用，但具体功能仍有待于进一步研究〔17〕。
3.1.2 miR175p miR175p是来源于经常发生杂合子丢失(LOH)的染色体13q31区域的一簇miRNA。有学者通过生物信息学算法推测miR175p的潜在靶点为AIB1一种可以上调ERα和E2F1转录的转录辅助激活因子〔18，19〕。miR175p通过抑制AIBl的表达，从而使ER和E2F的表达发生改变。降低AIBl的表达可以使E2依赖性的乳腺癌细胞、非E2依赖性的乳腺癌细胞、ER菲依赖型的乳腺癌细胞的增殖速度下降〔20〕。此外，miR175p／miR20a家族的表达水平与肿瘤细胞中cyclin D1的表达呈负相关性，miR175p／miR20a通过与cyclin D1 3′端UTR区保守序列结合，来抑制cyclin D1的翻译。cyclin D1也可以反馈调节miR175p／miR20a的表达，miR175p对细胞周期的调控，可能是乳腺癌发生的原因之一〔21〕。
3.1.3 miR27b 功胞色素P450 1Bl(cytochrome P450，family 1，subfamily b，polypeptide 1，CYPIBI)是细胞色素氧化酶P450家族1Ⅱ家族B的惟一成员：CYPlBl的作用是催化某些致癌物和17β的代谢；包括乳腺癌在内的众多肿瘤中都能检测到其过表达〔22〕。CYPlBl基因mRNA序列中所预测的miRNA结合位点与miR27b的序列有良好的匹配关系。与正常组织细胞相对比，miR27b在乳腺癌细胞MCF7中的表达水平明显下降，同时CYP1B1处于高表达水平，由此说明miR27b有下调CYPlBl表达的功能〔23〕。
3.1.4 miR125a和miR125b 这组miRNA在过度表达HER2的乳腺癌细胞中显著下调〔24〕。通过生物信息学方法在HER2和HER3基因3′UTR区域发现了miR125的靶点。在乳腺癌细胞中，高表达的HER2基因和其蛋白产物，可导致乳腺肿瘤进一步的恶化〔25〕。在细胞实验中，SKBR3(一种ErbB2依赖性的人类乳腺癌细胞系)细胞中miR125a和miR125b过表达，可以抑制HER2、HER3的转录、表达，从而降低SKBR3细胞的附壁生长能力、细胞转移能力、侵袭力，起到了抑制肿瘤的作用。但miR125a、miR125b过表达对HER2非依赖性的乳腺癌细胞系MCF10A的抑制作用却不明显〔26〕。
3.1.5 miR200c Hurteau等应用生物信息学方法和定量RTPCR技术发现miR200c的靶位之一是一种重要的肿瘤延长因子TCF8(也称作σEF1)，该因子介导上皮钙黏蛋白抑制物的转录和乳腺癌上皮细胞的可塑性调定〔27〕。在原本低表达miR200c的MDAMB231乳腺癌细胞中，增加miR200c的表达量后，TCF8的水平出现下降，钙黏连蛋白E的水平有所恢复，细胞异型性程度也有所下降〔28〕。miR200c的这种作用机制，可阻止乳腺癌细胞“上皮间充质细胞(EMT)”的转变过程，也阻碍了细胞的恶变〔29〕。
3.1.6 miR335、miR126和miR206 miR335、miR126和miR206是一族可能与乳腺癌转移、扩散相关的miRNA。通过与非选择性的乳腺癌MDAMB231细胞进行对比，研究者首先找出了六种 (rrliR335，miR126，miR206，miR122a，miR199a*，miR489)在高转移乳腺癌细胞系中表达量降低的miRNA。在乳腺癌骨转移细胞和肺转移细胞中，恢复miR335、miR126、miR206的表达水平后，小鼠模型中肿瘤细胞的转移能力明显下降。在培养的细胞中，过度表达miR126后可抑制细胞的增殖：而在体外试验中，miR335和miR206的表达可使细胞的侵袭力降低；在乳腺癌临床标本中，低表达miR335和miR126的临床病例，因肿瘤的恶袭而表现为极低的生存率。研究者还在侵袭性细胞找出了四个miRNA335的直接作用靶点，它们分别是蛋白酪氨酸性磷酸酶 (PTPRN2)，酪氨酸蛋白激酶(MERTK)，成分同生蛋白C(TNC)和以SRY基因为基本成员的一类控制发育的SOX4。这些靶点的表达水平可以作为精确判断肿瘤侵袭性依据〔17〕。
3.1.7 Let7家族 根据肿瘤干细胞假说，肿瘤干细胞与肿瘤的发生、进展、转移、耐药以及复发有直接关系〔30〕。具有自我增殖能力的乳腺癌干细胞(BTIC)可以通过分选纯化的CD44+CD24/low细胞或者孤立悬浮培养的细胞球而获得。有实验表明，从乳腺癌患者体内分离出来的细胞以及富含CD44+CD24/low细胞的Sk3rd细胞中，let7家族的miRNA在潜在的乳腺癌干细胞表达有显著的下降。在小鼠模型内，过表达let7家族miRNA后，可以降低肿瘤细胞的增殖、形成乳腺球囊细胞团、生长和转移的能力，因此在今后的临床治疗中，Let7家族具有很大的应用前景〔31〕。
3.1.8 miR205 在乳腺癌细胞MCF7、MDAMB231中，miR205表达比良性乳腺肿瘤细胞和正常乳腺细胞低。miR205可调控表皮生长因子ErbB3和血管内皮生长因子A(VEGFA)，miR205通过直接与靶蛋白mRNA的3′UTR端结合，抑制靶蛋白的生成。在肿瘤细胞中过表达miR205，可以抑制癌细胞的增殖、非停泊性生长和侵袭〔32〕。因此在乳腺癌细胞中转染miR205可以在未来临床中，作为治疗乳腺恶性肿瘤的方法。
3.2 起癌基因作用的miRNA
3.2.1 miR21 科研工作者应用实时RPCR研究5种乳腺癌肿瘤中的157种miRNA时，发现miR21的表达明显升高〔33〕，并发现敲除miR21的MCF7乳腺癌细胞表现为敲除量依赖性的低生长、高凋亡；在小鼠转移模型中miR21有抑制肿瘤增殖和降低肿瘤标记物Ki67抗体结合能力的作用〔34〕。为进一步了解miR21作用的分子生物学机制，应用蛋白质组学的方法，对比过表达的肿瘤细胞和miR21敲除的肿瘤细胞的蛋白质表达差异，发现具有抑制肿瘤作用的原肌凝蛋白(TPMl)是潜在靶点之一〔35〕。Yan LX等检测了113例乳腺癌标本中miR21的表达情况，可知miR21高表达的患者由于早期症状不明显、癌细胞通过淋巴转移，表现为愈后较差、生存期较短。因此miR21可以作为乳腺癌预后效果和疾病进展的一项监测指标〔36〕。近期Wickljamasinghe NS等人发现，E2可以通过ER介导，使miR21的靶位丢失，从而抑制miR21在MCF7乳腺癌细胞中的表达〔37〕。
3.2.2 miR155、miR9和miR10 研究人员在筛选乳腺癌细胞和人正常乳腺上皮细胞之间差异表达的miRNA时，发现乳腺癌细胞中miR155、miR91、miR10b的表达量都有显著的上升。不同于miR155和miR9的是，miR10b仅在转移的乳腺癌细胞中高度表达。功能学研究表明，体外miR10b的过度表达可以促进细胞的迁徙和侵袭，在体内miR10b则可以启动肿瘤的侵袭和转移。研究人员还发现，与浸润性小叶癌相关的转录蛋白Twist的高表达，可直接诱导miR10b的表达。miR10b的推测靶点为转录因子的同源异型盒D10(HOXD10)，miR10b抑制HOXD10的翻译，导致细胞在启动转移基因的产物RAs同源基因家族成员C的诱导下发生了一系列的异常变化〔38〕。
3.2.3 miR27 miR27a是对SKBr3细胞应用凋亡前计量的组胺脱乙酰激酶抑制剂LAQ824治疗后，表达下调的一种miRNA〔39〕。miR27潜在的靶点是细胞转录因子ZBTB10／RINZF，一种调控细胞周期的特殊转录因子蛋白(SPl)的抑制物。miR27作为一种肿瘤癌基因miRNA，通过调节ZBTB10表达后从而使SPl蛋白过度表达，引起细胞癌变；miR27也可使SP2和SP3过度表达，这同样具有引起癌变的作用〔40〕。
3.2.4 miR22 1／222 乳腺癌MCF7和T47D细胞中过表达miR221／222，使雌激素受体表达量下降，同时高度表达miR221／222的MCF7和T47D的细胞对于抗肿瘤药物他莫两芬(tamoxifen)有耐药作用。由此推测miR221／222的靶位为雌激素受体修复基因和乳腺癌抗激素治疗的基因〔41〕。
3.2.5 miR210 miR210是Foekens JA等近期发现的与乳腺癌相关的miRNA。miR210是在低氧环境下被诱导产生、从而引起细胞癌变〔42〕，并且与ER+／LNN和ER／LNN乳腺癌的转移复发有密切关系，也是非转移性乳腺癌预后较差的有效标志之一〔43〕。
4 展望
目前临床中，局部的手术范围日趋保守，化疗、放疗、内分泌治疗及生物治疗等综合治疗的有效性使得乳腺癌的长期生存率不断提高，生活质量也不断改善，但总生存率仍然不理想。生物分子靶向治疗是一项十分有希望的治疗手段。寻找新的治疗靶点，正是目前研究的热点。FDA于2007年批准了GSK公司研发的针对HER2和EGFR的双靶点小分子靶向药物Lapatinib，在临床上取得了比较好的疗效。miRNA的发现及其乳腺癌相关靶基因的确定，初步揭示了其在乳腺癌发生和发展中的调控作用，为寻找乳腺癌生物治疗的新靶标提供了很有希望的方向。如本文所述，一种miRNA有多个相关的靶基因，如果以这些miRNA为治疗靶点，其效率可能远比针对单一的靶基因高。同时恢复或沉默肿瘤相关的miRNA技术，在乳腺癌的治疗领域中将会有潜在的应用前景。与miRNA功能相似的siRNA相关药物已经进入临床试验阶段，但miRNA是内源性的短链RNA，因此理论上针对miRNA的治疗将比siRNA具有更高的安全性。目前miRNA在乳腺癌的研究刚刚起步，对其功能及其靶基因的认识还不清楚。miRNA及其靶基因预测方法的日益成熟、检测技术的日新月异，一定能够极大地推动miRNA在多种生理学和病理学过程中的重要调控作用，而miRNA与肿瘤的相关研究为肿瘤的预防和治疗开辟了崭新的领域，miRNA的干扰技术有可能成为治疗乳腺癌的一种新的手段。miRNA基因芯片技术也很可能成为肿瘤诊断的工具，以调控机体生命活动的miRNA为靶点或以miRNA为治疗手段的设想，以后可能会成为研究焦点。
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