計(jì)算機(jī)技術(shù)對現(xiàn)代生物科學(xué)的影響

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上學(xué)院 班級 姓名 學(xué)號 計(jì)算機(jī)技術(shù)對現(xiàn)代生物科學(xué)的影響【摘要】當(dāng)代生物技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)積累了大量的文獻(xiàn)和資料，而計(jì)算機(jī)具有巨大的信息加工能力，因此，計(jì)算機(jī)成為貯存和分析這些信息的中心工具。本文先簡單闡述了生物技術(shù)的發(fā)展史及應(yīng)用現(xiàn)狀，接著又論述了計(jì)算機(jī)科學(xué)的相關(guān)技術(shù)對生物科學(xué)研究的重大作用，最后討論了應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)對生物技術(shù)的辯證作用以及計(jì)算機(jī)技術(shù)對生物技術(shù)研究前景的預(yù)測分析?！娟P(guān)鍵詞】：計(jì)算機(jī)技術(shù)；現(xiàn)代生物技術(shù)；生物學(xué)研究；發(fā)展史；跨學(xué)科綜合研究；生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)；前景分析當(dāng)今世界，科學(xué)技術(shù)發(fā)展突飛猛進(jìn)，新興學(xué)科、交叉學(xué)科不斷涌現(xiàn)，科技進(jìn)步對經(jīng)濟(jì)社會的影響作用日益廣泛和深刻

2、。伴隨著信息科技革命方興未艾的浪潮，生命科學(xué)和生物技術(shù)的發(fā)展也正在展現(xiàn)出無可限量的前景。越來越多的人們已經(jīng)預(yù)見到，一個(gè)生命科學(xué)的新紀(jì)元即將來臨，21世紀(jì)將是生命科學(xué)的迅猛發(fā)展的時(shí)代。如今現(xiàn)代生物技術(shù)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、 醫(yī)藥與健康、能源、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域，對科技發(fā)展、社 會進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)增長產(chǎn)生極其重要而深遠(yuǎn)的影響。所有這些影響的產(chǎn)生都離不開現(xiàn)代生物技術(shù)廣泛和深入的應(yīng)用。生物技術(shù)被世界各國視為一項(xiàng)高新技術(shù)，它對于提高國力迎接人類所面臨的人口、食物、資源、能源和環(huán)境五大危機(jī)及經(jīng)濟(jì)問題的挑戰(zhàn)是至關(guān)重要的關(guān)鍵性技術(shù)之一。它的廣泛應(yīng)用將促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造和新興產(chǎn)業(yè)的形成，對人類社會生活將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的革命性影響

3、。生物技術(shù)是現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力，是21世紀(jì)高技術(shù)革命的核心內(nèi)容，生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)將是21世紀(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)?，F(xiàn)代生物技術(shù)是指人們以現(xiàn)代生命科學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合工程技術(shù)手段和其他基礎(chǔ)學(xué)科的科學(xué)原理，按照預(yù)先設(shè)計(jì)改造生物體或加工生物材料，為人類生產(chǎn)出所需產(chǎn)品或達(dá)到某種目的。它至少包括基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、發(fā)酵工程和蛋白質(zhì)工程五項(xiàng)工程。這五項(xiàng)工程師相互聯(lián)系、相互滲透的，其中以基因工程為核心?，F(xiàn)代生物技術(shù)是以20世紀(jì)70年代DNA重組技術(shù)的建立為標(biāo)志的，它是一門集生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、工程學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、電子學(xué)等多學(xué)科相互滲透的綜合性學(xué)科。1、現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展史及應(yīng)用現(xiàn)狀1為了全面了解現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展，我們不妨先

4、來看一看其發(fā)展史上的重要事件。1917年，匈牙利工程師Karl Ereky首次使用“生物技術(shù)”這一名詞。當(dāng)時(shí)他提出的生物技術(shù)這一名詞的含義是指用甜菜作為飼料大規(guī)模養(yǎng)豬，即利用生物將原材料轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品。1928年，F(xiàn)lemming發(fā)現(xiàn)了青霉素。1943年，大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)青霉素。到現(xiàn)在人們已找到6000多種具有不同作用機(jī)制、不同作用專一性、不同來源的抗生素，這些抗生素對于維護(hù)人類的健康，拯救人的生命起到了決定性的作用。1944年，Avery、Macleod和McCarty通過細(xì)菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)證明DNA是遺傳物質(zhì)。1953年，Watson和Crick發(fā)現(xiàn)了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，奠定了現(xiàn)代分子生物學(xué)的基礎(chǔ)，從而

5、給整個(gè)生物學(xué)乃至整個(gè)人類社會帶來了一場革命。從那以后，越來越多的科學(xué)家投身于分子生物學(xué)研究領(lǐng)域，并取得了許多重大的進(jìn)展。20世紀(jì)50年代，F(xiàn)oley等人證實(shí)化學(xué)誘變發(fā)生的腫瘤可以激發(fā)機(jī)體的免疫應(yīng)答。隨后，Hable等人又發(fā)現(xiàn)多瘤病毒能表達(dá)一種多瘤類腫瘤所特有的腫瘤特異抗原，用多瘤病毒作為疫苗引起了有效的免疫反應(yīng)。1956年，Sober和Peterson首次將離子交換基因結(jié)合到纖維素上，并成功的用于蛋白質(zhì)分離。1959年，B.J Davis首先報(bào)道了聚丙烯酰胺凝膠電泳。同年，美籍西班牙裔科學(xué)家Uchoa發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌的多核苷酸磷酸化酶，成功地合成了核糖核酸，研究并重建了將基因內(nèi)的遺傳信息通過DNA中

6、間體翻譯成蛋白質(zhì)的過程。1961年，M.Nirenberg等成功破譯了遺傳密碼，解開了DNA編碼的遺傳信息是如何傳遞蛋白質(zhì)這一秘密。1964年，聯(lián)合國世界衛(wèi)生組織專門召開會議，對所發(fā)現(xiàn)的各類免疫球蛋白給以正式命名。1964年，Littlefield等人利用突變細(xì)胞株和HAT選擇培養(yǎng)液解決了分離雜交瘤細(xì)胞的難點(diǎn)。HAT篩選培養(yǎng)液是由次黃嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸生物合成途徑設(shè)計(jì)的。1965年法國科學(xué)家Jacob和Monod由于提出并證實(shí)了操縱分子作為調(diào)節(jié)細(xì)菌細(xì)胞的分子機(jī)制而與Iwoff分享了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。1970年，分離出第一個(gè)限制性內(nèi)切酶。1973年，最早在人體進(jìn)行基因治療實(shí)驗(yàn)，是由美國的

7、一名科學(xué)家和幾名醫(yī)生在德國進(jìn)行。1976年，第一個(gè)DNA重組技術(shù)規(guī)則問世；DNA序列測定技術(shù)誕生。1980年，Botstein、White、Skolnick和Davis等科學(xué)家建立了人類基因組作圖的大致框架。1989年，Huse報(bào)道了用組合抗體庫技術(shù)制備抗體。到1991年Winter和Lerner分別報(bào)道了噬菌體抗體庫技術(shù)。這一技術(shù)的建立，表明抗體制備技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新的里程碑，即所謂的第三代抗體。1994年，Gilman和Rodbell由于發(fā)現(xiàn)了G蛋白在細(xì)胞內(nèi)信息傳導(dǎo)中的作用而分享了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。20世紀(jì)60年代、70年代和80年代，我國科學(xué)家相繼實(shí)現(xiàn)了人工全合成具有生物學(xué)活性的結(jié)晶牛

8、胰島素，解出了三方二鋅豬胰島素的晶體結(jié)構(gòu)，采用有機(jī)合成與酶促反應(yīng)的方法完成了酵母丙氨酸轉(zhuǎn)移核糖核酸的人工全合成，在酶學(xué)研究、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及生物膜結(jié)構(gòu)與功能等方面都有令人所矚目的建樹。人類已經(jīng)進(jìn)入知識經(jīng)濟(jì)時(shí)代，知識經(jīng)濟(jì)的基本特征之一就是知識不斷創(chuàng)新，高新技術(shù)迅速產(chǎn)業(yè)化。作為高新技術(shù)領(lǐng)域重要組成部分的生物技術(shù)，必然在知識經(jīng)濟(jì)的發(fā)展過程中大顯身手并做出特殊的貢獻(xiàn)。2、計(jì)算機(jī)科學(xué)在生物信息學(xué)中的應(yīng)用計(jì)算機(jī)科學(xué)和以基因組學(xué)為代表的分子生物學(xué)的各主要研究與應(yīng)用分支之間存在著緊密的聯(lián)系。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和操作系統(tǒng)兩個(gè)分支為分子生物學(xué)提供了其必需的高性能計(jì)算平臺，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為其創(chuàng)建了高帶寬的分布式計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)

9、用環(huán)境，算法研究和軟件工程則直接涉及分子生物學(xué)工具與應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)與開發(fā)，數(shù)據(jù)庫技術(shù)為生物學(xué)信息的存儲檢索提供了有效手段。另外，利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)理論與圖像處理技術(shù)進(jìn)行DNA或蛋白質(zhì)分子的三維建模顯示也是一個(gè)重要的應(yīng)用方向，因?yàn)榛驕y序所得到的只是關(guān)于基因中核苷酸排列的線性信息， 如果搞清楚相應(yīng)的三維結(jié)構(gòu)必然能為研究人員提供更多的功能信息，尤其是蛋白質(zhì)分子的空間結(jié)構(gòu)不同，可能導(dǎo)致其功能的差異。2自從將數(shù)據(jù)挖掘引入生物信息學(xué)領(lǐng)域，在機(jī)器學(xué)習(xí)方法的幫助下加快了分子生物學(xué)的結(jié)構(gòu)預(yù)測、基因定位、基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)等幾個(gè)重要領(lǐng)域的研究和不斷完善。然而，生物信息的大規(guī)模給數(shù)據(jù)挖掘提出了新課題和挑戰(zhàn)，需要提

10、出新的思想，常規(guī)的計(jì)算機(jī)算法仍可以應(yīng)用于生物數(shù)據(jù)分析中，但越來越不適用于序列分析問題。這是由于生物系統(tǒng)本質(zhì)上的模型復(fù)雜性及缺乏在分子層上建 立完備的生命組織理論。3、計(jì)算機(jī)科學(xué)對生物技術(shù)的辯證作用及前景分析計(jì)算機(jī)病毒與生物病毒極為相似。如果計(jì)算機(jī)在正常程序控制下運(yùn)行，不運(yùn)行帶病毒的程序，這臺計(jì)算機(jī)總是可靠的。如果我們能在惡意程序運(yùn)行前就發(fā)現(xiàn)它并抓出來，那么就達(dá)到了病毒防治的目的。這讓人不禁聯(lián)想到人體的免疫系統(tǒng)。設(shè)想，通過某些算法來實(shí)現(xiàn)這樣一種反病毒程序，首先它可以將所有普遍的 異常程序排出，暫不執(zhí)行，當(dāng)將附于其上的病毒清除后再運(yùn)行，進(jìn)入第二道防線之后進(jìn)行“特異性免疫”，將特殊的有異于正常程序的病毒排除。這大大提高了對病毒防治的有效程度。但是問題的關(guān)鍵似乎就便成了“識別”的難題！因?yàn)槲覀冎溃河?jì)算機(jī)病毒有著隱蔽性。如果我們能夠高效地模擬人體免疫細(xì)胞的工作， 能夠盡量多的識別“異己”，就能更好的進(jìn)行計(jì)算機(jī)病毒的防治。3人工智能高速度的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)更有效地將生物技術(shù)、 仿生技術(shù)、微電子技術(shù)等相結(jié)合，創(chuàng)造出更多的機(jī)器生命為人類服務(wù)。這是每個(gè)人所期望的未來生活。同時(shí)，我們必須有一定的準(zhǔn)則來約束這種發(fā)展。隨著生物學(xué)的深入發(fā)展，計(jì)算機(jī)在研究中的應(yīng)用