生物信息学作用
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生物信息学作用范文第1篇
关键词：生物信息学；教材；师范院校
20世纪80年代末以来，生物信息学以惊人的发展速度，获得了很多突破性成就，正日益成为生命科学在21世纪发展的核心内容。对于未来生物科学中坚力量的现代生物科学工作者而言，掌握生物信息学的相关知识尤为重要。
作为一门新兴的课程，生物信息学课程在全国很多高等院校都已经开设，并进行了一些卓有成效的探索和改革。我们结合自身的教学实践和相关学校的教学现状，对师范院校生物信息学课程教学内容、师资力量、教学模式和方法、跨学科合作、教学实践实施情况等方面的现状进行了积极分析和思考。目前，师范院校生物信息学教学的现状如下。
一、教学内容陈旧、教学资源缺乏
生物信息学是一门新兴的学科，在高等院校开设时间较晚，我国对生物信息学专业精品课程的建设方面投入不够，成熟的生物信息学教学大纲、教案、多媒体课件、教学视频和习题等教学资源稀少。目前，市场上也缺乏相关的生物信息学教学多媒体课件和音像制品辅导材料等相关产品，造成生物信息学教学资源匮乏的现状。
目前师范院校所用教材大多数是徐程主编的《生物信息与数据处理》，蒋彦等编著的《基础生物信息学及应用》等几种不同版本的教材。这些教材在知识性、科学性和系统性方面还行，但是在教学内容的新颖性、时效性和实践性以及生物相关背景的介绍和对师范院校的适用性等方面有所欠缺。生物信息学的知识日新月异，新的数据库、新的软件、新的算法层出不穷，而生物信息学的课堂往往不能及时地将最新进展呈现给学生，导致课堂内容陈旧，不利于学生的发展和对生物信息知识的合理掌握，从而影响了生物信息学教学的质量。
二、师资力量缺乏
生物信息学是一门新兴的交叉学科，需要熟练掌握计算机与生物学知识的老师来授课。然而，实际上，由于缺少生物信息学的专业教师，教授该学科的教师多为生物学其他课程兼任，这些老师往往缺乏专门的生物信息学训练，在知识的传授和应用方面存在欠缺。与生物信息学教学要求存在着较大的差距，不能很好地满足教学大纲的要求。另外，师范院校通常将生物信息学作为选修课来开设，该课程在专业建设和人才培养方案中的地位偏低，造成相关部门对师资培养不够重视。
三、教学模式和方法落后
由于生物信息学课程涉及大量的数据库和软件知识，教师普遍采用多媒体教学。而多媒体课件的容量通常很大，学生忙于笔记，难以把握重难点。同时，幻灯片展示的知识点犹如放电影一般一闪而过，学生没有足够的时间思考和消化，跟不上教师的进度。教师进行多媒体教学时，往往是一堂课上从头讲到尾，语调缺乏抑扬顿挫，没有起伏，学生很容易昏昏欲睡。因此，教师虽然使用的是先进的教学工具，采用模式的却是传统的灌输式教学，只管埋头照本宣科，不管学生接收领悟多少。学生为了达到期末考试标准，只顾死记硬背，这样的教育让学生失去创新精神和主动思考的能力，失去对生物信息课程的兴趣。
四、缺乏与相关学科的合作交流
生物信息学实际上是生物学与计算机科学的交叉学科。然而一般高校往往只在生命科学学院开设生物信息学，由生物学老师来担任授课老师。由于对计算机科学知识的缺乏，导致生物专业教师对生物信息学课程很难深入开展；另一方面，计算机科学专业由于没有开设生物信息学课程，使学生不能了解到生物信息学的重要性，以及如何使计算机科学更快更好地发挥其在生物信息学中的作用。总的来说，生物信息学课程的建设欠缺相关学科的协作，不能有效地整合资源，不利于培养复合型人才。
五、缺乏实践教学内容
现有的生物信息学课程也有一些实践内容，但实践课时数少，内容相对简单，缺乏系统完善的实践过程。教师为学生讲授具体知识时，通常只通过多媒体课件演示操作，并没有为学生设置具体的动手操作步骤。使得学生对信息反馈迟钝，印象不深刻，不容易掌握方法。生物信息学实践教学并不需要价格昂贵的实验设备，只需要一网的电脑和一些相关的分析软件便可以进行实验。然而，目前的状况是，生物信息学课程中真正开展实践性教学的内容少之又少。
生物信息学的学习是一个长期积累的过程，教学水平的提高也需要在大量的教学实践中不断总结和完善。我们通过分析发现，在师范院校生物信息学教学中仍存在很多问题，其原因是多方面的，需要教学工作者进一步深入探讨并提出切实可行的策略。
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生物信息学作用范文第2篇
“生物信息学”是英文单词“bioinformatics”的中文译名，其概念是1956年在美国田纳西州gatlinburg召开的“生物学中的信息理论”讨论会上首次被提出的［1］，由美国学者lim在1991年发表的文章中首次使用。生物信息学自产生以来，大致经历了前基因组时代、基因组时代和后基因组时代三个发展阶段［2］。2003年4月14日，美国人类基因组研究项目首席科学家collins f博士在华盛顿隆重宣布人类基因组计划（human genome project，hgp）的所有目标全部实现［3］。这标志着后基因组时代（post genome era，pge）的来临，是生命科学史中又一个里程碑。生物信息学作为21世纪生物技术的核心，已经成为现代生命科学研究中重要的组成部分。研究基因、蛋白质和生命，其研究成果必将深刻地影响农业。本文重点阐述生物信息学在农业模式植物、种质资源优化、农药的设计开发、作物遗传育种、生态环境改善等方面的最新研究进展。
1.生物信息学在农业模式植物研究领域中的应用
1997年5月美国启动国家植物基因组计划（npgi），旨在绘出包括玉米、大豆、小麦、大麦、高粱、水稻、棉花、西红柿和松树等十多种具有经济价值的关键植物的基因图谱。国家植物基因组计划是与人类基因组工程（hgp）并行的庞大工程［4］。近年来，通过各国科学家的通力合作，植物基因组研究取得了重大进展，拟南芥、水稻等模式植物已完成了全基因组测序。人们可以使用生物信息学的方法系统地研究这些重要农作物的基因表达、蛋白质互作、蛋白质和核酸的定位、代谢物及其调节网络等，从而从分子水平上了解细胞的结构和功能［5］。目前已经建立的农作物生物信息学数据库研究平台有植物转录本（ta）集合数据库tigr、植物核酸序列数据库plantgdb、研究玉米遗传学和基因组学的mazegdb数据库、研究草类和水稻的gramene数据库、研究马铃薯的pomamo数据库，等等。
2.生物信息学在种质资源保存研究领域中的应用
种质资源是农业生产的重要资源，它包括许多农艺性状（如抗病、产量、品质、环境适应性基因等）的等位基因。植物种质资源库是指以植物种质资源为保护对象的保存设施。至1996年，全世界已建成了1300余座植物种质资源库，在我国也已建成30多座作物种质资源库。种质入库保存类型也从单一的种子形式，发展到营养器官、细胞和组织，甚至dna片段等多种形式。保护的物种也从有性繁殖植物扩展到无性繁殖植物及顽拗型种子植物等［6］。近年来，人们越来越多地应用各种分子标记来鉴定种质资源。例如微卫星、aflp、ssap、rbip和snp等。由于对种质资源进行分子标记产生了大量的数据，因此需要建立生物信息学数据库和采用分析工具来实现对这些数据的查询、统计和计算机分析等［7］。
3.生物信息学在农药设计开发研究领域中的应用
传统的药物研制主要是从大量的天然产物、合成化合物，以及矿物中进行筛选，得到一个可供临床使用的药物要耗费大量的时间与金钱。生物信息学在药物研发中的意义在于找到病理过程中关键性的分子靶标、阐明其结构和功能关系，从而指导设计能激活或阻断生物大分子发挥其生物功能的治疗性药物，使药物研发之路从过去的偶然和盲目中找到正确的研发方向。生物信息学为药物研发提供了新的手段［8，9］，导致了药物研发模式的改变［10］。目前，生物信息学促进农药研制已有许多成功的例子。itzstein等设计出两种具有与唾液酸酶结合化合物：4-氨基-neu5ac2en和4-胍基-neu5ac2en。其中，后者是前者与唾液酸酶的结合活性的250倍［11］。目前，这两种新药已经进入临床试验阶段。tang sy等学者研制出新一代抗aids药物saquinavir［12］。pungpo等已经设计出几种新型高效的抗hiv-1型药物［13］。杨华铮等人设计合成了十多类数百个除草化合物，经生物活性测定，部分化合物的活性已超过商品化光合作用抑制剂的水平［14］。
现代农药的研发已离不开生物信息技术的参与，随着生物信息学技术的进一步完善和发展，将会大大降低药物研发的成本，提高研发的质量和效率。
4.生物学信息学在作物遗传育种研究领域中的应用
随着主要农作物遗传图谱精确度的提高，以及特定性状相关分子基础的进一步阐明，人们可以利用生物信息学的方法，先从模式生物中寻找可能的相关基因，然后在作物中找到相应的基因及其位点。农作物的遗
传学和分子生物学的研究积累了大量的基因序列、分子标记、图谱和功能方面的数据，可通过建立生物信息学数据库来整合这些数据，从而比较和分析来自不同基因组的基因序列、功能和遗传图谱位置［15］。在此基础上，育种学家就可以应用计算机模型来提出预测假设，从多种复杂的等位基因组合中建立自己所需要的表型，然后从大量遗传标记中筛选到理想的组合，从而培育出新的优良农作物品种。
5.生物信息学在生态环境平衡研究领域中的应用
在生态系统中，基因流从根本上影响能量流和物质流的循环和运转，是生态平衡稳定的根本因素。生物信息学在环境领域主要应用在控制环境污染方面，主要通过数学与计算机的运用构建遗传工程特效菌株，以降解目标基因及其目标污染物为切入点，通过降解污染物的分子遗传物质核酸 dna，以及生物大分子蛋白质酶，达到催化目标污染物的降解，从而维护空气［16］、水源、土地等生态环境的安全。
美国农业研究中心（ars） 的农药特性信息数据库（ppd） 提供 334 种正在广泛使用的杀虫剂信息，涉及它们在环境中转运和降解途径的16种最重要的物化特性。日本丰桥技术大学（toyohashi university of technology） 多环芳烃危险性有机污染物的物化特性、色谱、紫外光谱的谱线图。美国环保局综合风险信息系统数据库（iris） 涉及 600种化学污染物，列出了污染物的毒性与风险评价参数，以及分子遗传毒性参数［17］。除此之外，生物信息学在生物防治［18］中也起到了重要的作用。网络的普及，情报、信息等学科的资源共享，势必会创造出一个环境微生物技术信息的高速发展趋势。
6.生物信息学在食品安全研究领域中的应用
食品在加工制作和存储过程中各种细菌数量发生变化，传统检测方法是进行生化鉴定，但所需时间较长，不能满足检验检疫部门的要求，运用生物信息学方法获得各种致病菌的核酸序列，并对这些序列进行比对，筛选出用于检测的引物和探针，进而运用pcr法［19］、rt-pcr法、荧光rt-pcr法、多重pcr［20］和多重荧光定量pcr等技术，可快速准确地检测出细菌及病毒。此外，对电阻抗、放射测量、elisa法、生物传感器、基因芯片等［21-25］技术也是未来食品病毒检测的发展方向。
转基因食品检测是通过设计特异性的引物对食品样品的dna提取物进行扩增，从而判断样品中是否含有外源性基因片段［26］。通过对转基因农产品数据库信息的及时更新，可准确了解各国新出现和新批准的转基因农产品，便于查找其插入的外源基因片段，以便及时对检验方法进行修改。目前由于某些通过食品传播的病毒具有变异特性，以及检测方法的不完善等因素影响，生物信息学在食品领域的应用还比较有限，但随着食品安全检测数据库的不断完善，相信相关的生物信息学技术将在食品领域发挥越来越重要的作用。 生物信息学广泛用于农业科学研究的各个领域，但是仅有信息资源是不够的，选出符合自己需求的生物信息就需要情报部门，以及信息中介服务机构提供相关服务，通过出版物、信息共享平台、数字图书馆、电子论坛等信息媒介的帮助，科研工作者可快速有效地找到符合需要的信息。目前我国生物信息学发展还很不均衡，与国际前沿有一定差距，这需要从事信息和科研的工作者们不断交流，使得生物信息学能够更好地为我国农业持续健康发展发挥作用。
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生物信息学作用范文第3篇
关键词：生物信息学；教学模式；探索
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）20-0214-02
生物信息学是一门由生命科学、数学和计算机科学相互渗透形成的新型交叉学科，它利用各种计算机软件、生物学工具及互联网技术对生命科学研究中产生的各种生物数据进行存储、加工及分析，从而达到理解数据中的生物学含义的目标[1-3]。当前，生物信息学已经成为生物、医学、农学、遗传学、细胞学等生命领域各学科发展的强大推动力量，已成为生命科学研究者强有力的辅助工具。近年来，随着分子生物学在动物植物育种、遗传资源创新、品种改良、病虫害防治等农业方面的应用，生物信息学作为一种实用、高效的手段被充分利用。《生物信息学》课程也相应地被列入各农业院校大学生教学计划。新疆农业大学根据学校专业发展现状及学生培养需求于2010年将《生物信息学》课程作为生物技术专业的必修专业课，通过三年来的教学实践，针对课程教学中存在的无合适教材、网络资料繁杂、教学内容陈旧、教学手段单一、考核模式简单等问题[4-5]，笔者在课程的教学内容、教学方法、考核办法等方面进行了初步探索，本文现就该课程教学模式作一论述。
一、教学目标及内容
由于生物信息学是一门新兴学科，其理论及相关分析工具发展迅速、不断更新，在课程教学目标和教学内容上也在不断变化。我认为对于当前农业院校生物技术专业的培养目标和要求是让学生理解掌握生物信息学相关的一些基本理论、实验技术及实践操作，以核酸序列及蛋白质序列的实际分析为主要侧重点，着重培养学生的实践能力，使他们能适应今后工作学习的需要。据此，确定了以下的教学内容：教学内容共36学时，分为理论基础和上机实践两部分，理论课中穿插实例示范，共24学时。理论教学内容包括：生物信息学绪论、生物信息学的生物学基础、生物信息数据库及其检索、序列的基本信息分析及比对、分子系统发育分析、蛋白质结构预测及分析、组学技术及信息学分析；上机实践共12学时，内容包括：常用生物数据库的查询与搜索、核酸序列的分析方法实践、多序列比对和系统发育分析、蛋白质序列分析及空间结构预测、DNA序列中基因结构预测分析。在理论授课中介绍与农业相关生物信息数据库及应用，在实例分析中选用本校教师相关研究结果作为数据来源，拉近学生与知识点的距离，提高学习兴趣，使学生认识到学习本课程的意义，通过讲练结合使学生掌握相关实践分析能力。
二、教学材料
1.教材的选择。生物信息学目前仍处速发展时期，尤其是随着各种新技术、新理论及组学的发展，涉及到的学科越来越多。当前生物信息学专著及教材层出不穷，但中文版书籍中影印国外原版教科书和翻译书籍仍占很大比例，这类书籍中，专著专业性过强，而教材又多是针对生物信息学专业的学生或“一本”的学生编写的，难度较大，并且各自侧重点不同，并不适合作为一般的农业院校的生物信息学教材。笔者在教学过程中先后使用了由钟扬等编写、高等教育出版社出版的《简明生物信息学》及由肖浪涛主编、中国农业出版社出版的全国高等农林院校“十一五”规划教材《生物信息学》作为主要的参考教材。但是，在教学实践中笔者感到《简明生物信息学》由于出版时间较早（2001年）已不能满足实际教学工作的需要，书中的很多内容都已更新，很多网站页面也已重组或失效，而近年被广泛使用的一些著名生物信息学软件亦未涉及。而《生物信息学》一书偏重理论知识介绍，实例分析及操作应用偏少。因此，笔者根据本校专业建设需要及学生水平编写了适用于本校学生使用的简明教材。教材中理论部分主要参考上述两本教材，并进行了简化，降低难度，舍去算法、模型等专业性较强的章节；实践部分参考薛庆中等主编、科学出版社出版的DNA和蛋白质序列数据分析工具（第2版，2010年）一书，并附具体实例，最终形成理论部分简明易懂，实践部分易学易用的实用型教材。
2.生物信息学相关数据库及软件的选择。生物信息学发展迅速，相关生物信息数据库及生物信息软件数量不断增加，版本不断更新，这为生命科学相关研究提供了极大便利，但同时也为《生物信息学》课程实践部分的教学带来了挑战与压力。例如要分析一条蛋白质序列的分子量、等电点、氨基酸组成等信息，我们可以使用DNAMAN、Bioedit、DNAStar、Vector NTI等本地软件分析，也可以使用ProtParam、SAPS等网络在线程序分析。在有限的教学时间内，如何选择数据库及高效易用的生物信息学分析软件也是教学中一个重要的问题。通过参考相关生物信息学分析的书籍及近年文献，综合考虑数据库及软件的通用型、易用性及本校学生的英语水平、计算机操作水平，结合教学目标及内容，我们选择常用的核酸序列数据库GenBank、蛋白质数据库PDB等，软件方面选择DNAMAN、Bioedit、Clustal W、MEGA、Primer Premier、RasMol等常见的生物信息学离线分析软件及整合于NCBI、EXPASY、PDB等网站上的在线分析软件开展实践教学，而其他软件在课堂上只做简单介绍，具体操作方法作为辅助资料供学生自学。这样学生在有限的学时内可掌握更多的分析内容，达到“高效”的教学目的。
三、教学方法
1.及时更新完善多媒体教学资料。生物信息学课程理论知识较抽象，实践操作多，与计算机、互联网联系紧密，内容更新快，当代大学生已习惯并乐于使用各种多媒体途径获取信息，这些特点决定了其非常适于进行多媒体教学。为此，我们根据教学内容开发制作了一套多媒体教学资料并及时更新完善。教学多媒体资料包括Power Point课件和Flas，课件注重知识的层次性、联系性，将理论基础、实验技术操作流程等较抽象的生物信息学知识通过大量图片形象地展示给学生，从而提高学生的学习兴趣并加快学生对抽象知识的理解；动画的内容是利用屏幕录像软件将实例分析过程录像并配音，最后转为Flash格式，穿插在理论教学及实践教学过程中使用，从而使学生在自己实践操作前先有一个形象的认识，将理论知识与实践操作有机联系在一起。
2.充分利用网络教学平台辅助教学。生物信息学是一门以互联网为媒介、计算机为工具的学科。在教学中，网络教学平台的使用在提高学生学习兴趣、增强师生互动、强化教学效果等方面起到了很好的辅助作用。利用网络教学平台，教师可将课程课件、动画、分析工具、实践教学内容等共享给学生并及时了解学生学习动态，学生可将实验报告、作业、学习问题及意见反馈给教师，师生可以通过网络教学平台的论坛版块在课余就学习或实践中的问题进行讨论，达到“教学相长”的教学目的。此外，利用网络教学平台还可将课堂中未详细讲述的大量数据库、软件的使用过程及相关电子参考书、文献共享给学生，有利于提高学生学习自主性并拓宽课程外延。
3.边讲边练，理论知识密切联系实践操作。德国心理学家艾宾浩斯研究发现，在学习和记忆过程中，最初阶段遗忘速度最快，随着时间推延，遗忘越来越慢。因此，为了让学生能牢固掌握所学知识及实践技能，我们在教学中采取边讲边练的形式。对于理论知识，我们采取课前提问、课中提问、小测验及实践操作过程中知识点重现等方式，使重要理论知识在整个教学过程中多次出现，增强学生对课程知识体系的系统认知并强化其对理论知识的记忆。对于实践操作，我们采取案例式教学，直接将实例分析穿插在理论授课过程中，并在理论课后及时安排学生在计算机房上机联网操作，如在讲授序列比对理论课时，实例演示使用DNAMAN、Blast等软件进行序列比对的过程，并在理论课后紧跟DNAMAN软件使用、数据库搜索的实践操作，这样既加深学生对理论知识的理解，还有利于学生掌握实践操作能力。
4.布置实践任务，加强综合能力培养。生物信息学教学强调学生的实践能力培养。因此，在教学设计上，我们将学生按4～5人分成小组，通过学生自选或制定的方式布置特定实践任务，要求学生以小组为单位，利用本课程所学知识及技能完成任务并提交任务报告。例如，在课程一开始讲授数据库时，要求学生通过查文献、了解本校相关分子生物学研究内容并结合自己的兴趣选择特定基因，围绕该基因，在后续整个课程的学习过程中利用掌握的各种生物信息学分析方法对其进行序列查询、引物设计、序列比对、编码区分析、蛋白理化性质预测、保守结构域预测、结构预测、分子系统发育分析等操作，过程中学生互相讨论、取长补短，最终协作完成实践任务。这样既使学生较全面地掌握了课程内容，同时又加强了学生分析问题、解决问题的综合能力。
四、考核办法
在课程考核方面，本着生物信息学课程培养实践应用能力的教学原则，为使学生真正掌握生物信息学的基本理论及实践操作，我们改变了过去闭卷考试占主体或写课程论文的简单考核方式，采取了过程考核、实践考核并结合考试考核的方式对学生的学习效果进行综合评价。考勤及口头提问占考核成绩的10%，4次随堂测验占考核成绩的20%，上机操作占考核成绩的20%，实践任务作业占考核成绩的20%，期末闭卷考试占考核成绩的30%。这样考核虽然过程复杂，对学生及教师都带来更大压力，但杜绝了学生平时不学，期末突击，忽视实践的现象，学生必须注重平时的学习及实践操作才能顺利通过课程考核。这样的考核办法能够更客观准确地评价一个学生对课程的实际掌握情况。
随着生物信息学在农业各研究领域的广泛应用，掌握生物信息学知识及分析能力已成为农业院校相关专业毕业生的必备要求，生物信息学课程也必将在农业院校各相关专业建设中占据越来越重要的地位。通过本课程的教学实践探索，学生学习主动性、实践操作能力、最终学习效果均得到提高，笔者也积累了一定经验，取得了一定的教学成效，找到了一些适合农业院校的切入点，但是课程教学中还有很多需要进一步完善改进的地方。生物信息学学科的快速发展，也决定了本课程的教学模式必将是一个动态发展的过程，相信随着对生物信息学学科的深入认识，生物信息学课程教学模式也将不断完善，形成自己的独特体系。
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生物信息学作用范文第4篇
《生物医学传感器》是生物医学工程专业一门重要的专业基础课,属于各种专业技术交叉的边缘学科,是生物医学技术与微电子技术结合的纽带。课程要求学生了解各类生物医学测量技术中常用的物理、化学和生物传感器的构成原理、性能特点等各种基础知识,掌握各种传感器在医学上的各项应用方法,为使学生将来在生物医电领域设计、研究出更好的医电产品打下坚实的基础。生物医学工程专业是南京邮电大学近年新设立的专业,专业课程的建设刚刚起步,而国内外有些高校开设的《生物医学传感器》课程已经建设成为精品课程,而且建立了课程的教学网站,因此,南京邮电大学本课程的建设与国内外其他开设本专业的高校相比还存在一定的差距。现阶段,保证专业课的教学质量和教学水平、体现课程的特色是教学的首要任务。本文首先分析了南京邮电大学的特色和课程的特点,结合南京邮电大学开拓信息学科的新领域的办学思路,提出教学内容的改革,在教学内容上体现电子信息的特色;结合本专业在信息时代和信息环境下的发展背景,提出引导式教学方法。把上述方法应用于2006级生物医学工程专业《生物医学传感器》课程的教学,取得了较好的效果。
一、课程建设的背景和现状
南京邮电大学是信息类高校,信号与信息处理是南京邮电大学的强势学科。在这样的背景下开设《生物医学传感器》课程结合了南京邮电大学在信息与电子技术的传统,开拓信息学科新领域的办学思路。课程授课总学时数为48学时,其中含6学时课内实验。本课程具有以下几个特点:首先,课程涉及到的基础知识面宽广,包括物理、化学、生物、电子电路等多方面的知识,需要在掌握电路基础、模拟电子线路、数字电路、微机原理、数字信号处理、程序设计、工程生理学等课程知识的基础上进行学习。其次,课程本身的内容与南京邮电大学的强势学科信号与信息处理的关系不是十分密切,而南邮是信息类的高校,专业培养目标定位在“适应生物医学及信息产业发展的需要”,以及“开拓信息学科的新领域”的办学思路上,需要使课程的教学内容及信号与信息处理学科的研究内容紧密结合。再次,课程开设的时间在大四上学期,此时学生的目标更加明确,就是寻求更好的就业机会或深造机会,因此在教学中需要结合实际情况和学生的需求,适当调整教学内容和教学方法。最后,本课程和工程应用紧密结合,很多生物医学传感器产品已经非常成熟,一批实力强劲的医疗仪器企业正在蓬勃发展,所以,教学内容应与工程实际相结合,突出应用性。根据上述的课程特点进行相应的教学内容和教学方法改革,在保证教学质量和教学水平的前提下,以培养学生创新精神、提高学生综合能力和就业能力为重点,建立体现电子信息特色的《生物医学传感器》课程新的教学体系,力求课程质量和教学质量上一个新台阶。
二、信息类高校环境下本课程的教学内容设置
南京邮电大学是信息类高校,又处于信息时代,本专业大部分学生对通信和电子信息有着浓厚的兴趣,在传感器、电子信息、生物医学工程之间建立联系,既能够拓宽学生的知识面,又能激发学生的学习热情。在教学内容的设置上,首先应该保证教学大纲中制定的基本教学内容,然后在此基础上引入信号与信息处理学科相关的内容作为知识讲座,这部分内容总的授课学时数不超过2学时,主要集中在无线体域网、生物识别与信息安全、生物芯片与生物信息学等几个方面。
(一)生物医学传感器与无线体域网[1](P1-16)[2](P33-34)
无线传感器网络(WirelessSensorNetwork,WSN)是当今无线通信领域的研究热点,无线体域网(WirelessBodyAreaNetwork,WBAN)就是以人体为中心,由和人体相关的网络元素(包括个人终端,分布在人身体上、衣物上、人体周围一定距离范围如2米内、甚至人身体内部的传感器、组网设备)等组成的通信网络,是一种特殊的无线传感器网络。无线体域网的一个重要应用就是用于人体健康状况的监控,如监测血压、心律、体温、运动速度等参数,测量这些参数所涉及的压力传感器、加速度传感器、温度传感器等都是《生物医学传感器》课程的重要内容,把这部分内容作为知识讲座可以拓宽学生的知识面,激发学生的学习兴趣,对巩固课程的理论知识起到积极的作用。
(二)生物医学传感器与生物识别技术[3](B20)
生物识别技术(BiometricIdentificationTechnology)是指利用人体生物特征或行为特征进行身份认证的技术。生理特征有手形、指纹、脸形、虹膜、视网膜、脉搏、耳廓等,行为特征有签字、声音、按键力度、步态特征等。大部分的生物特征都是通过光学传感器如CCD或CMOS形成图像信号,例如人脸、指纹、虹膜、掌纹、手形、静脉等(也有用半导体电容式传感器获得指纹图像),随后进行特征提取和分析比对,因此生物识别技术也是传感器、信息处理与生物医学工程的结合点之一。
(三)生物医学传感器与生物芯片、生物信息学[4](P209-213)
人类基因组计划(HumanGenomeProject,HGP)是人类为了认识自己而进行的一项伟大而影响深远的研究计划。目前的问题是面对大量的基因或基因片断序列如何研究其功能,只有知道其功能才能真正体现HGP计划的价值--破译人类基因这部天书。生物信息学将在其中扮演至关重要的角色。生物芯片技术就是为实现这一环节而建立的,生物芯片是生物传感器的阵列和集成化,使对个体生物信息进行高速、并行采集和分析成为可能,必将成为未来生物信息学研究中的一个重要信息采集和处理平台,成为基因组信息学研究的主要技术支撑。简言之,生物芯片是生物信息学的主要技术支撑和操作平台,而生物信息学的研究又与信息科学的研究领域息息相关,因此,把生物芯片和生物信息学作为《生物医学传感器》课程与电子信息领域的第三个结合点。
上述三个内容就是本课程为体现“适应生物医学及信息产业发展的需要”的专业培养目标,以及“开拓信息学科的新领域”的办学思路而设置的体现信息环境下本课程教学特色的教学内容。
三、引导式教学方法的尝试
授课对象是即将步入社会或继续深造的生物医学工程专业学生,虽然同样是信息类高校的学生,他们的就业机会和出路远不如南京邮电大学的热门专业,而且大学教育更强调的是素质教育和创新型人才的培养[5](P43-45),因此寻求合适的教学方法显得至关重要。在教学过程中,除了采用目前普遍使用的现代化教学手段,如多媒体动画和网络课件以外[6](P98-99),在教学方法上尝试采用引导式教学,引导学生注重学习能力、综合能力和就业能力的提高,引导学生注重创业能力的培养,引导学生关注生物医学传感器发展的前沿动态。#p#分页标题#e#
(一)启发学生注重学习能力的提高
授课对象是即将步入社会或继续深造的学生,无论对于哪一类学生,学习能力都是至关重要的。在专业课的教学中普遍存在这样一种现象,很多大学生认为学校的课程设置有失水准,课堂上所学的知识没有用武之地,进入工作岗位以后几乎一切都要重新学习,教学与实际严重脱节。然而专业课的学习是一个打好理论基础的阶段,也是一个知识积累的阶段,同时,通过教与学的过程,使学生在潜移默化中提高了自己获取知识的能力,培养良好的学习方法和学习习惯。正是知识积累程度和学习方法两方面的差异造成了每个学生的学习能力各不相同,这也正是为什么有的学生能事半功倍,而有些学生却事倍功半。对于《生物医学传感器》课程,内容庞杂,如各种物理传感器的伏安特性、频率响应、温度特性等,极易混淆,又如“压电效应”和“应变效应”,两者既有区别,又有联系,讲授相关知识时要引导学生注意前后知识的融会贯通和分析比较。因此,在教学过程中不能只是照本宣科、强调应试教育,更要启发学生在学习的过程中找到合适的学习方法,提高学习效率,使自己在有限的时间内获取知识的精华。这个过程在大学教学中必不可少,有了扎实的理论知识和高效的学习方法,大学生在以后的学习和工作中将会事半功倍,获益非浅。
(二)引导学生注重综合能力、就业能力的提高
若干年前,大学生毕业后融入社会的时候,一纸文凭就能证明他的价值,学士学位、硕士学位、博士学位便把人分成了三六九等,那是一个凭着文凭就业的年代,那是一个以文凭的高低来衡量人能力高低的年代。而如今,大学生遍地都是,研究生也多如牛毛,文凭不再能一纸定乾坤,它只是块“敲门砖”而已,有了它只是代表有了一个机会,能否把握住这个机会全凭个人能力,不仅要有过硬的专业技能、学习能力和创新能力,同时要有良好的心理素质、身体素质和组织能力、协调能力、社会活动能力等适应社会、适于生存的能力,这也就是所谓的综合能力、现代社会中的生存能力。笔者所接触的生物医学工程专业学生中也存在这样的问题,他们普遍反映所学的专业没有用武之地,也不是自己感兴趣的专业,导致学生学习的最终目标就是挣够学分、拿到文凭,他们还没有意识到能力的重要性,这样培养出的毕业生根本没有竞争性。如何让自己的学生在这种形势下脱颖而出,成了高等学校与教师面临的严峻的问题。于是,在中国教育体制中占据多年的应试教育逐渐退出历史舞台,取而代之的是素质教育。在专业课的教学中宽基础、淡专业,注意各个学科间的融会贯通,教师在其中充当导学的角色,介绍课程的基本内容、知识结构特点、相关的基础知识、启发性地提出问题。培养学生获取知识的能力、分析问题和解决问题的能力,以及创造性的思维能力,同时引导学生注重自身综合能力、就业能力的提高。
(三)引导学生注重创业能力的培养
目前大学生就业已经完全市场化,而就业市场却是“僧多粥少”,竞争十分激烈。大学生转变就业观念是缓解就业紧张局势的关键环节。不要把观念停留在“就业”上,尤其在南京邮电大学其他热门专业行业收入不菲的情况下,不要只关注有限的高收入、高待遇的岗位,应树立艰苦“创业”的意识,不仅为自己解决就业问题,也为更多的人提供就业机会。从教学环节上讲,引入现代化的教学方法和手段,广泛运用现代教育技术,把多媒体课堂教学和现代远程教育逐步渗透到传统的教育模式之中,改变教与学的关系,突出学生的主体地位,开发学生的潜能,激发学生主动求知的欲望,给学生以充分自由发展的空间,使学生能够发现问题,并积极独立地寻找解决问题的途径,从而形成良好的思维习惯。另外,增加实践教学的类型和模式,在教学过程中设计一些一题多解、综合练习、设计一些简单的电路等,促使学生将所学的知识转化为实践运用的能力,以提高在校大学生的创新能力、动手能力,有力地促进了大学生综合能力和综合素质的提高,从而提高了职业岗位的适应能力。
生物信息学作用范文第5篇
1作用温和缓慢
中药作用强度总体上是温和缓慢的，中药多矢量作用合力的微量累计是中药治病的优势，也是其副作用较轻较少的原因。由于一首复方中各有效物质的浓度相对于单一的化学药物来说较低，进入人体后就更低了。而中药这种多种微量单体对众多环节的微调，使机体归复于平衡是中药治病的重要基础。但新药药效标准评价对此是否定的，至少是不完整的。由于中药的这些特点，我们唯一可做的就是尽可能采用现代科学技术，得出令人信服的科研结果，进而有权重新制定或完善新药评价体系。
2现代生物技术与中药作用机制的发现
随着生命科学的发展，尤其是分子生物学在各学科的渗入，中医药实验研究深入到了分子、基因、蛋白质组水平。现代药理研究表明，中药作用原理与其生物活性成分调控基因表达有关[5]。研究发现：对即刻早期基因（IEGs）的表达产物是细胞核内的第三信使，在细胞间信号传导过程中发挥重要的生理作用，共有c-fos、c-jun、c-myc、c-egr4个家族。c-jun基因表达基因转录生成mRNA，核糖体以mRNA为模板翻译成c-jun蛋白，c-jun蛋白与同时表达的c-fos蛋白通过亮氨酸拉链区结合构成异构二聚体AP-1。AP-1通过与靶基因promoter区TGAC/GTCA序列结合，刺激靶基因表达[6]。任永欣等在国内首次复制了硝酸甘油型试验性偏头痛动物模型，并用免疫组化方法观察IEGs，c-fos，c-jun的表达，结果显示：硝酸甘油型试验性偏头痛大鼠脑干、下丘脑c-fos、c-jun基因表达明显增强，复方中药头风饮能显著抑制偏头痛大鼠脑干、下丘脑c-fos、c-jun基因的增强表达，与对照组比较差异有显著性[7]。还有对神经肽相关基因表达的影响，对凋亡相关基因的影响等等。人类基因组计划（HGP）为某一疾病多基因表达调控的研究带来了机会，通过HGP筛选和分离出每种疾病相关的致病基因，再以其作为药物作用靶标研究中药作用的分子机制，这可能是未来中药药理研究发展的趋势之一。另外，基因芯片技术以其检测迅速、分辨率高、检出基因多而成为研究的先进方法之一。生物芯片主要包括基因芯片和多肽芯片。生物芯片技术是指将大量（每平方厘米点阵密度高于400）探针分子（DNA、RNA、多肽等）固定于支持物（膜、玻片、硅片等）上后与标记的样品分子杂交，通过检测每个探针分子的杂交信号强度，对样品分子进行定性、定量和结构分析，其原理是利用生物大分子具有特异性互相识别能力，具快速、准确、自动化的优点。利用基因芯片及mRNA差异显示技术从分子水平探讨中药对疾病多基因治疗作用机理，应成为今后研究的主要方向之一。
3蛋白质组学技术在新医学研究中的应用
所谓蛋白质组是指一个细胞或一个组织基因组作表达的全部蛋白质，它具有整体性、动态性、系统性的特点。一方面，强调蛋白质组是对应于一个基因组的全部蛋白质所构成的整体；另一方面，明确提出蛋白质组还是一个在时间和空间上都动态变化的整体。蛋白质组的研究流程大体上分为分离、鉴定、分析3个步骤[8]。即先从组织或细胞中提取蛋白质，进行双向电泳实现蛋白质的分离，含多种蛋白质的样品展开成为有近千个蛋白质点的繁星图；然后进行蛋白质样品的显色，对不同疾病、不同证候的蛋白质与对照样品进行比较，寻找具有统计学意义和丰度差异的蛋白点；切下待分析的蛋白点，使用胰蛋白酶消化；接着对消化后得到的多肽片断进行生物质谱分析测定，得到肽指纹图谱；最后，通过在数据库中检索对蛋白质进行鉴定及功能分析，利用生物信息学的方法进行比较研究。蛋白质组学是从整体的角度，分析细胞内动态变化着的蛋白质组成成分、表达水平和修饰状态，了解蛋白质之间相互作用和联系，揭示蛋白质功能与细胞生命活动规律的科学。其不仅研究蛋白质的构象，更重要的是进一步阐明不同蛋白质、不同构象功能的表现。它不是单纯对蛋白质的个体进行研究，而是对人体的整个蛋白质，即在蛋白质组的基础上进行研究。蛋白质是机体生物功能最终的执行分子，单个蛋白质的研究方式亦无法满足后基因时代的要求。这是因为：生命现象的发生往往是多因素的，必然涉及多个蛋白质；多个蛋白质的参与是交织成网络或平行发生，或呈级联因果；执行生理功能时的蛋白质表现是多样的、动态的。因此要对生命的复杂活动有全面和深入的认识，必然要在整体、动态、网络的水平上对蛋白质进行研究。
4蛋白质组学技术与中医药发展
中医药研究一直在谋求现代化发展，谋求为现代医学有所阐释而走向世界。但在此之前对单个分子的研究，很难反映中医学的“整体观念”和中药作用“整体调节”的最基本特征。蛋白质组学研究时代的到来，为中医药现代化发展带来了新的契机。蛋白质组学的“整体、动态、网络”的特点，与中医理论“整体观念”、“辨证施治”和中药作用“整体调节”，“多层次、多靶点”调节等思想不谋而合。利用功能蛋白质组学技术和策略，分析中医证候及经中药处理过的组织、细胞或体液表达的蛋白质组，并比较处理前后蛋白质表达差异、蛋白质功能结构及相互作用的变化，系统地对证候本质及中药的多环节、多靶点调整作用机理进行研究，最终揭示证候的物质基础及中药作用和配伍规律。目前中医药蛋白质组学研究主要集中在中药药理研究，单味中药或复方的药效和药理研究是中药作用研究的核心。利用蛋白质组学技术研究治疗前后的蛋白质谱变化，在整体水平上评价中药药效，揭示中药作用的靶点、作用环节和作用过程，力求阐明中药多靶点、多层次作用的分子机理。文献检索结果显示，目前蛋白质组学研究主要涉及少量中药复方和少量中药单体的研究。如苗兰等研究血府逐瘀汤对气滞血瘀证模型大鼠血清蛋白质组表达的影响，经双向电泳分离血清总蛋白，并行图像分析比较，发现血府逐瘀汤可影响7个蛋白点差异表达，分析可能与其作用机理相关[9]。申定珠等采用双向凝胶电泳分离健胃愈疡颗粒处理组和未处理组大鼠胃组织的总蛋白，结合图像分析、质谱鉴定和数据库搜查，发现处理组有12个蛋白质表达变化，且大多数蛋白质与溃疡复发的形成、生长、凋亡及免疫相关[10]。运用蛋白质组学的思路和方法研究中医药理论，虽然已取得了一定的进展，但就实验研究方面来看，依然存在明显的不足。具体表现在：（1）相当部分研究仅停留在蛋白质成分分离和差异蛋白点显示，未进一步采用质谱等鉴定分析，未对差异靶点之间进行生物学分析，或未对差异靶点的确切意义进行研究，使实验结果的应用价值受到影响。（2）研究结果大多为平行发生或晚期事件，几乎所有试验报道均未证实蛋白质差异表达是必要的早期事件。（3）大多数研究缺乏必要的对照组。（4）对表达丰度较低的重要蛋白质组的研究不足，对亚细胞蛋白质组的研究未见报道。针对上述问题，我国药学工作者应关注生物医学研究进展，了解更多的生物技术；利用各种生物学数据库，对差异蛋白质进行信息学分析，初步预测差异蛋白质之间的相互联系及可能参与的信号通路网络；在研究中加设对照组，尽可能排除药物或方法造成的干扰；对重要的差异蛋白质作进一步深入的研究，适时引入基因过表达或RNA干扰，或反义核酸技术，以明确差异蛋白质在中药调节中的必要作用；以蛋白质组学筛选研究为基础，利用系统生物学的思路和技术，对具有确切作用的重要靶蛋白进行更深入的中药相关研究；对于蛋白质检测，可根据需要灵活采用不同分辨率的染色技术；由于中药作用多靶点、多层次的特点，在中医药蛋白质组学研究中，极可能筛选出某些未能确知生物学功能的差异蛋白质，再根据研究结果提示，进行生物学作用鉴定，有可能成为中医药学对生命科学研究的重要贡献。所以中医药蛋白质组学研究不仅在于发现种种现象，更应努力揭示现象的本质，重视持续的深入研究，由点到面，由面及点，交叉整合蛋白质组学、分子生物学和生物信息学技术，推动中医药研究的现代化。
5结论与展望
生物信息学作用范文第6篇
1网络药理学的理论基础
网络药理学的产生离不开基因组学、蛋白质组学、代谢组学等组学技术以及高通量、高内涵筛选等现代新药发现技术的发展，也离不开生物信息学、系统生物学、网络生物学及计算生物学等相关学科的基础理论和研究技术的发展，可以说，网络药理学是生命科学发展到系统生物学阶段的产物，是生物学、医学、计算科学、生物信息学等多学科基本理论和研究技术综合集成的结果。
1．1系统生物学
美国科学院院士莱诺伊•胡德(LeoryHood)最早提出了系统生物学的概念和研究体系，按照他的定义，系统生物学就是一门研究生物系统中所有组成成分的构成，以及在特定条件下这些组分间相互关系的学科［4］。系统生物学认为生物体是一个包含多个个体和多个层次相互作用的复杂系统，系统生物学研究就是要在细胞、组织、器官和整体水平对结构和功能各异的所有组成成分(如基因、蛋白、mRNA、小分子代谢物等)的相互作用关系，以及在特定条件下(如遗传、环境因素变化时)这些组成成分间相互作用关系的变化进行研究，同时还要通过生物信息学来定量阐明和预测生物功能、表型和行为。生物系统具有涌现性(emergence)、复杂性(complexity)和鲁棒性(robustness)的特点［5－7］。生物系统由若干个子系统构成，每个子系统中又涉及到不同种类的生物大分子，研究时需着眼于将这些所有的分子、子系统放入整个生物系统的大环境中去考察其所有的相互关系;系统生物学不是用单一的方法同时研究成千上万个基因或蛋白质的“水平”研究，而是要将“水平”研究和“垂直”研究统一起来，成为一种“高维”的研究，既要同时考虑多个层次、多种类型的生物信息，还要考虑时间因素;“部分之和大于整体”是系统科学的核心思想，系统特性是由于不同组成部分、不同层次间相互作用而“涌现”的新性质，如果只是针对组成部分或低层次的分析并不能真正准确地预测高层次的行为。系统生物学的发展带给药理学工作者的启示是“分子到药物”的简单模式将逐渐被“生物学到药物(biologytodrug)”的模式所取代，药物靶点将从单一分子扩展至分子组合、某个信号转导通路甚至几个通路的组合。对新药研发工作者来说，则认识到那些“dirtydrug(不纯的药物)”尽管对单个靶点的亲和性和选择性可能都不高，但因为可作用于疾病网络的多个靶点，或对各靶点的作用可以产生协同效应，使其总效应大于各单效应之和，从而达到比单靶点药物更佳的治疗效果［8－9］。
1．2网络生物学和生物网络
网络生物学(networkbiology)的概念是Barabasi和Oltvai［10］于2004年提出的，他们提出可以利用网络学科的语言，将复杂生物系统的相互作用抽象表达为网络，建立网络模型，进而通过研究代表生物体的复杂网络的成分关系和特性来揭示生物体的原理和本质。采用数学领域图论的研究手段，借助网络的概念、属性和复杂网络的研究方法，将生物体中各种生物分子及其相互作用加以抽象(将构成系统内的各个组分如生物分子抽象成节点，它们之间的联系或相互作用关系如分子间的相互作用描绘成边，由节点和边构成的图就是网络)，组成一个包含多个体、多层次相互作用的复杂网络，称为生物网络(biologicalnetwork)［11］。度分布(degreedistribution)、小世界效应(small-worldeffects)、聚集性(clusterness)和鲁棒性(robust-ness，也称稳健性或弹性)等是描述生物网络性质的基本参数(表1)［12－13］。从网络生物学角度来讲，当生物网络为稳态和平衡态时，机体处于健康状态。网络平衡被扰乱或破坏时即可导致病理或疾病状态。药物对疾病的治疗作用其本质在于重建生物网络的平衡或减轻平衡被破坏的程度［10，14］。
1．3生物网络平衡理论
勒夏特列原理(LeChatelier''''sprinciple)又称平衡移动原理，是一个定性预测化学平衡点的原理。该原理认为化学平衡是动态平衡，如果改变影响平衡的一个因素，平衡就向能够减弱这种改变的方向移动，以抗衡该改变。该原理体现在生物网络上就是生物网络具有鲁棒性，表现在拓扑结构的鲁棒性、功能的鲁棒性和动力学的鲁棒性，这是由于生物分子的功能冗余性和替代补偿性信号通路的存在造成的［15］。生物网络的鲁棒性反映了机体或网络对错误和攻击的容忍能力。生物网络的勒夏列特原理，即如果一个系统(生物网络)的平衡(健康状态)经历了一个改变(疾病状态)，那么有效药物的作用将使平衡向能够减弱这种改变的方向移动。网络药理学是基于网络生物学和生物网络平衡理论提出的，它为新药发现提供了新的思维体系(anewframework)和研究策略，同样也为研究和理解药物作用方式(作用机制)提供了新的思路和途径［1，3］。生物网络保持平衡的能力或鲁棒性带给药理学和新药研发工作者深刻的启示就是要干扰“致病网络(disease-cau-singnetwork)”，寻求“扰动(perturbations)”而不是寻找“致病基因(disease-causinggene)”，可能才是药物作用机制研究和新药发现的有效途径，这也正是网络药理学的核心［10，16］。
2网络药理学在药理学研究和新药发现中的作用
建立在系统生物学和网络生物学之上的网络药理学能够在系统的分子水平上更好地理解细胞以及器官的行为对功能表型的影响，推动对药物作用机制的重新认识，为药物重定位(drugrepositioning)提供理论依据和技术支撑，为临床合理用药及多药组合使用提供科学依据，并系统的预测和解释药物相互作用、优化药物的使用，预测及发现影响药物有效性和安全性的因素，加速药物靶点的确认以及发现生物标志物。
2．1对认识药物作用机制及指导临床合理用药的意义
过去几十年间，药理学科将研究重点主要放在分子药理学研究方面，对体内大量单个分子靶点及其与许多疾病和药物的关系有了较为深入地认识，但从系统生物学角度深入研究药物作用及作用机制的研究当时还非常有限。网络药理学的重要任务之一就是从整体网络的角度认识药物的作用机制，指导临床合理用药。已如前述，从系统的角度来看，疾病的本质在于生物网络失平衡，药物治疗疾病的本质在于重建生物网络的平衡或减轻平衡被破坏的程度［14，17］。因此，从整体生物网络稳态的角度来讲，理解单个生物分子在生物体系中的生物学地位和动力学过程要比理解单个生物分子的具体生物功能更为重要。同样，对于药理学和新药研发工作者来说，理解药物在生物体系中的地位和动力学过程要比理解药物在个别靶点或组合靶点上的有效性更为重要。寻找那些作用于生物网络中多个构件(而不是网络中的单一构件)、恢复或改善生物网络平衡的药物才是突破目前新药尤其是治疗多因素复杂性疾病药物研发瓶颈的出路。生物网络具有鲁棒性，即对于内外干扰的承受能力。鲁棒性关系到生物体的生存，是生物体承受内外环境变化的一种能力。然而，这种鲁棒性在多个扰动因子的作用下则变得非常脆弱。如对酵母的基因敲除与化学干预、环境影响的合成致死(syntheticlethality)实验结果表明，酵母中只有34%的单个基因敲除可引起死亡或疾病，但是单基因敲除叠加一个小分子化合物或一个环境因素干预，则可对63%的单基因敲除产生增强效应，如死亡或疾病;若单基因敲除、一个小分子化合物、一个环境因素三者同时干预，则可对97%的基因敲除产生预期的缺陷，如死亡或疾病。该结果表明，尽管大多数基因在任何一种环境下可能是冗余的，但是通过遗传扰动结合化学干预的各种条件谱实验，说明这些基因似乎很少是冗余的［18］。这充分体现了生物网络鲁棒性的容错和抗攻击能力，也从反面说明了具有多向药理学(或多靶标)性质的药物在临床上将更为有效。在临床药物治疗学中，基于具有多向药理学性质的药物对多个靶点的低亲和力相互作用，或平衡调节与疾病相关且具有内在联系的多个靶点，或许将产生更好的疗效和更小的副作用，从而达到最佳治疗效果。而且药物对各靶点的作用可能产生协同(协同有效或协同毒性)，使总效应大于各单效应之和［19］。在给定剂量(配伍比例)的药物在联用时，其联用的顺序可对网络产生不同的扰动，并可能对功效产生巨大的作用［20－21］。因此，在临床上，无论是多药联用，使用同一药物载体中含多组分配伍药物还是使用基于设计的可选择性作用于多靶点的单一药物，除了关注这些药物的协同作用所产生的显著疗效外，不可忽视其同样的对表型的改变作用(毒性作用)。在目前临床药物治疗中，抗药性(如肿瘤药、抗菌药)的产生已然成为常态。这是因为目前所用药物多为基于单靶点设计的药物，而靶点蛋白的一个单独的氨基酸突变通常就足以导致药物抗性，因此，许多有效的抗生素通常是通过同时靶向多个蛋白而不是单个蛋白来发挥作用的［22］。如β-内酰胺类(β-lactams)的抗菌作用依赖于多青霉素结合蛋白(multiplepenicillin-bindingproteins，PBPs)中的至少2个来发挥抗菌作用的，这主要基于多PBPs缺失而对表型无变化的事实［23］。氟喹诺酮(fluoroquinolone)抗生素是蛋白ParC和GyrA蛋白的双靶标抑制剂［24］。而基于网络药理学的药物，可以同时调节疾病网络系统中的多个环节，不易产生抗药性。
2．2对新药发现的影响
网络药理学与传统药理学一样，其重要任务之一就是新药的发现和新药作用评价，并开发新药。但网络药理学却为新药研发提供了全新的视角，首先，药物靶点并不是随机分布在网络中，而是具有靶点分布的特点和一定的规律，因此，可通过网络药理学的研究来寻找、优化或确认靶点;为多靶点药物设计和优化提供重要信息;预测和分析药物毒性作用产生的可能性。
2．2．1加速治疗靶点的发现和确认
传统的药物靶点发现研究是一种“垂直式”的研究，即以个别分子为研究对象，采用多种手段研究其生物学性质。这种将分子靶点孤立起来的研究不但耗时长、投资大，而且很难对靶点的功能建立全面的认识，以该模式开发出的新药进入临床后通常会因药动学或毒性作用而终止。而以整体性和系统性为特征的网络药理学则具有强大的预测能力，而且着眼于靶点分子或靶点分子组合或子网组合在整体生物网络中的定位和生物动力学以及调节动力学，并注重研究其扰动后所“涌现”的表型。因此，对于药物治疗靶点的发现和确认会更加迅速，以其为模式进行新药的研发其临床成功率会更高。网络药理学研究结果告诉我们，在靶点发现中需考虑以下基本事实:①多靶标的成药能力在根本上优于单靶标。②对于生物体，靶标不必要是唯一的，或在宿主中是缺失的。尽管许多基本的看家酶在宿主和传染原之间是共同的，但是药物在宿主和传染原之间的选择性即在结合位点水平上是不相同的。③组合靶标(作用于多靶点)的作用是致死性，但在单个基因敲除研究中却被忽略为非必要的靶标(单靶点敲除对表型无作用)。④被预测为有可能和相同化合物结合的靶标群优于单个可药性靶标［2］。在药物靶点发现中，各种不同的网络被构建和不同的模型算法被开发以用于建立连接、分析拓扑结构和定量优先位次，如使用多种药物-靶点数据库如Drugbank，SuperTarget，TDR，TTD，Matador，Pdtd和STITCH等，利用多种靶点预测工具如CellDesigner，COPASI，iPATH，SABIO-RK，SYCAMORE和Tide等，在构建均相的(homogenous)和异质的(heterogeneous)蛋白质相互作用网络、信号转导网络、代谢网络、基因调控网络、miRNA网络［25］等上进行靶点的预测和发现［26］。如使用与疾病相关的生理通路联合其已知的药物和药物靶点构建网络，预测生物药过程-药物相关性(biologicalprocess-drugrelationships)，所建立的模型预测的2078个相关性中有401(18．1%)个已经进入临床试验［27］。聚腺苷二磷酸核糖聚合酶-1〔poly(ADPribose)-polymer-ase-1，PARP〕抑制剂对有BRAC1或BRAC2缺陷的细胞具有高致死性，因而PARP抑制剂作为BRAC1和BRAC2突变携带者肿瘤患者的有效治疗药物而进入临床。PARP抑制剂合成致死siRNA筛选结果表明，许多激酶的沉默(或敲低)对PARP抑制剂具有强烈的敏感性，包括CDK5，MAPK12，PLK3，PNKP，STK22c和STK36。尤其是CDK5对于非神经元细胞的DNA损伤反应、细胞周期的内-S(intra-S)和G2/M期检查点(checkpoints)是必需的［28］。分析乳腺癌基因表达数据揭示了4个基因:COX2，MMP1，MMP2和表皮调节素(epiregulin)对于肺癌迁移是必需的［29－30］。在小鼠模型中，这4个基因的遗传和药理学抑制皆可导致肿瘤迁移进程的停止［29］。
2．2．2指导新药研发
网络药理学的发展使得新药研发从指导思想上发生了根本的改变，这主要归结于以下4个事实:①针对单一靶点的高选择性药物似乎呈现出更低的临床有效性和成功率［2］;②多靶点药物在临床上已经成功，特别是是双重或多重激酶抑制剂［31］，如2005年批准的索拉非尼(sorafenib)、2006年批准的达沙替尼(dasatinib)、2007年批准的舒尼替尼(sunitinib)和拉帕替尼(lapatinib);③许多被批准的药物其选择性比最初预想的要差［32］，如肿瘤治疗药物(伊马替尼imatinib)和舒尼替尼可与多个激酶的结合［9］;④生物网络的鲁棒性说明药物-靶标网络具有无标度性质［14，33］，则意味着单个蛋白具有功能障碍的补偿机制，抑制单个通常在治疗上是无效的［2］。在具体的新药研发实践中，已有研究表明，在基于多靶点设计合成具有多向药理学性质的药物时，片段或分子量相对小的化合物成药性更好［33］。药-靶相互作用呈现化合物分子结构和靶蛋白氨基酸序列成对碎片相互嵌入，因此，建立分子的子结构和序列片段对(subgraph-subsequencepairs)进行药物的研发就是可行的。而且已批准药物的75%药物-靶点相互作用符合显著的亚结构对，而且这些亚结构对的聚类具有高度排他性，提示着每个聚类有其对应的独特的多向药理学类型。同时，说明基于序列片段的药物设计方法在网络药理学指导下的新药研发实践中一样具有使用价值［34］。
传统的虚拟筛选方法关注药物分子与靶点结合的亲和力，而不是药物分子对疾病系统的表型数据，这远离了复杂性疾病的本质特性。基于网络药理学的药物评价则会给出不同靶点在生物途径中的权重，并能给出多个靶点部分抑制后的显著有效性证据。如将多靶点对接(multi-targetdoc-king)研究的亲和力预测与生物网络有效性分析进行整合，来评价化合物的抗凝血活性。人类凝血级联网络效率的计算结果表明，在人类凝血级联系统中，因子Ⅹa和凝血酶是两个最脆弱的酶，而复合体ⅨA∶ⅧA所介导的催化反应和复合体ⅧA∶ⅨA的形成是两个最脆弱的生物物质。实验数据和网络有效性降低的相关性(r=0．671)表明基于网络的多靶点药物评价方式是有效的［35］。
目前，基于网络药理学进行新药研发中，药物联合应用和多组分药物使用的策略需要研究药物彼此间发生相互作用而产生的不良反应，证明所用药物组分无论是在单独应用还是联合应用都是安全的。基于靶向设计合成的有选择性的非选择性化合物(selectivelynon-selectivedrugs)的策略需要找到选择性地作用于多个靶点的药效团且化合物具有平衡生物网络系统的活性和所能接受的药动学特征。
3网络药理学的研究方法
网络药理学目前的研究思路一是根据公共数据和公开发表的已有数据，建立特定疾病及其防治药物靶点预测网络模型，预测所研究药物的作用靶点，进而构建所研究药物-靶点-疾病网络，解析所研究药物的网络药理学机制，并通过相应的实验进行机制的验证。二是利用组学技术以及高内涵高通量技术，观察药物对模型(细胞和动物)的作用或模型对药物的作用，针对所产生的大量数据，采用生物信息学的手段分析和构建药物-靶点-疾病网络，进而解析在研药物的网络药理学机制。当然，这两个思路也可并行发展、综合分析。其所涉及的主要研究技术如下述。
3．1网络构建以及可视化方法构建疾病网络、疾病-疾病网络、疾病-药物网络、药物-药物网络、药物-靶点网络、靶点-疾病网络、药物-靶点-疾病网络等，用于药物的快速重新定位和药物靶点或作用途径的确证以及药物新的临床适应证预测等。目前常用的网络构建以及可视化工具主要有三类:使用直接编程语言或工具，例如Java，C，Perl等;使用半编程性质的脚本性软件，例如Matlab，Rproject等;使用专门用于构建网络的工具，主要有Cytoscape，GUESS，Pajek，Osprey，MultiNet，UCINET，NetMiner，NetworkX等。
3．2网络分析方法通过网络拓扑结构及网络平衡或鲁棒性分析，可以客观、准确地找出具有特定生物功能的关键节点、亚结构，明确药物干预的主要靶点、次要靶点和协同靶点，理解网络达到平衡状态涉及的亚网络间关系，为预测干预药物提供理论计算的参考。网络分析通常包括:网络拓扑学信息计算(如Cytoscape中的NetworkAnalysis)、随机网络生成和比较(如Cluster)、网络分层和聚类(如AllegroMCODE)。网络比对方法通常包括:基于图模型的启发式搜索方法(如MaWISH，Network-BLAST，Grmlin)、基于目标函数的约束优化方法(如IsoRank，MNAligner)、基于分治策略的模块化比对方法(如Match-and-Split，BiNA，DivAfull)。
3．3预测网络模型建立方法通过整合网络搜索算法、数据标准化算法和生物活性预测算法以及相关软件等，建立网络预测模型，能够迅速且较稳定地筛选出具有较强的结构相关性及功能相关性的靶点或靶点组合或子网，进行网络药理学的研究。常见的有最小二乘法(leastsquare)、偏最小二乘法(partialleastsquare)、布尔网络(Booleannetwork)模型、线性组合模型(linearmodeling)、加权矩阵模型(weightedmatrixmodels)、贝叶斯网络(Bayesiannetwork)模型、径向基神经网络(RBFNetwork)、随机森林法(RandomForest)、随机游走算法(Randomwalk)、PRINCE算法以及微分方程等。
3．4网络药理学实验方法网络的基本特性就是当网络被扰动时，蛋白就会“涌现”一定的功能。因此，网络药理学的具体实验方法通常通过调节网络的节点来进行，如缺失节点、调节节点的浓度。缺失是完全去除了一个网络节点的所有相互作用和功能。调节则为衰减或增强。衰减(如拮抗剂)仅仅是部分去除了一些相互作用(比如降低代谢产物的浓度)而不是移除所调节节点的整体的连接(比如蛋白-蛋白相互作用)。相反，增强(如激动剂)可加强网络中的特异连接。这样基于连接而不是节点的研究思路与药物作用的具体情况更为接近。但是研究表明，一个网络中仅仅大约有15%的蛋白节点可能是由小分子药物化学可控的［36］，因此，除了工具药筛选方法之外，药物混合物、化学工具和RNAi/过表达等联合筛选方法非常重要。同时，基于具有系统性和整体性的系统生物学和网络生物学之上的网络药理学，其根本的要求就是要搞清楚节点和节点组合、通路和通路组合或子网和子网组合的可药性(druggability)和多向药理学相互作用在整体的生物学网络中的定位、作用动力学(dynamics)和生物动力学(kinetics)，由此也要求网络药理学研究的方法应该是高通量、高内涵的技术。网络药理学实验方法通常有组学(基因组学、蛋白质组学、代谢组学、相互作用组等)技术、生物芯片(核酸、蛋白和细胞芯片等)技术、高通量酵母双杂交技术、高通量/高内涵基因过表达技术、基于siRNA和miRNA文库的高通量反义核酸/RNAi技术、报告基因检测技术、转基因和基因敲除技术、高通量/高内涵细胞表型筛选技术，如进行基因过表达，进行信号转导通路筛选、多通路协同筛选、细胞表型变化筛选等，进行基因敲减和抗体封闭以及药物调节等。
4网络药理学目前所面临的挑战
网络药理学作为药理学的一门新兴学科，是建立在基于海量组学数据的系统生物学和网络生物学之上的，其发展面临的挑战除了来自于基础医学理论知识、系统生物学和网络生物学理论知识的限制以外，主要还有以下几点。
(1)靶点或靶点组合的鉴定:一方面，生物网络分析和比对研究是生物学、数学、信息学和计算机科学等学科综合交叉领域的研究问题，另一方面，由于生物网络的无尺度特性，使得理想的网络模型算法、结果的评价与比较标准难以界定。而且还有来自于具体实验技术方面的限制，使得通过扰动其即可导致理想的治疗功效的节点或节点组合的鉴定困难重重。
(2)多向药理学药物的发现:尽管多靶标策略高于单靶标策略的生物学原理是不容置疑的，但优化多活性药效团的同时需要平衡成药性所具备的特性以及控制不想要的脱靶效应依然是一项困难的工作。药物分子均是以特定的立体结构在生物体内与立体的靶点蛋白产生相互作用，这种药物与靶点间基本的分子作用机制也使得基于多靶点抑或是子网的具有多向药理学性质的药物发现举步维艰。
(3)数据库数据的扩充:网络药理学依据现有数据库和已有实验数据，进行网络的建模，进行药物药理学性质的预测和评价。尽管目前的数据能够反映一些生物体内真实的细胞网络的特点，但其肯定不能反映全部，或者其中一些被反映出的特点可能并非是真实的，因为大部分原始实验数据、图谱信息来源于不同的实验条件，相关性差，数据的假阳性率和假阴性率都较高;已经评价的小分子化合物及其作用靶点数量均有限;公用数据库的信息有限，且存在不同程度的局限性。因此，供作网络分析的数据库数据的完整性，已成为制约这类网络分析与客观真实相接近的关键。对数据库加以完善，才能完成均一、无偏见的网络的构筑，这是确保网络分析可靠、客观的重要手段。
生物信息学作用范文第7篇
【关键词】 研究性教学；组合数学；启发式学习
伴随着信息时代的来临，特别是计算机科学技术的迅猛发展，计算机相关专业课程的学习方法研究成为热点.组合数学作为一门应用性较强的数学分支，对于高校特别是计算机相关专业学生，培养他们运用组合数学方法分析和解决相关问题的能力已经成为必要.如何在教学过程中提高学生学习组合数学的兴趣，建立组合数学的逻辑思维并用于解决实际问题是教育工作者需要思考的问题.
一、课程特点与现状分析
组合数学在计算机科学、信息科学中具有重要的地位，是理科及工科院校的一门必修课，其发展改变了传统数学中分析和代数占统治地位的局面.组合数学主要研究符合一定条件的组态对象、计数及构造等方面的问题，主要内容包括排列与组合、容斥原理及其应用、递推关系、生成函数、鸽巢原理和Polya定理等.然而，M合数学课程中概念、定理、性质和证明非常多而且都比较抽象，形式化程度高，学生在学习、理解和应用时比较困难.因此，需要通过研究性教学方法来激发和增强学生的学习兴趣，从而培养和增强学生的抽象思维、逻辑思维和理论联系实际的综合能力.
二、研究性教学改革与实践
（一）研究性教学理念
研究性教学是目前高等教育教学研究的一个热点方向[1]，它是一种教师指导下的以学生为主体的自主学习和实践过程，包含了教与学两个方面：前者以教师为主导，在课堂教学中创设一种类似科学研究的情境或途径，把凝结在知识点背后的思想、方法和创新过程揭示出来，在引导学生学习和掌握新知识的同时，又能受到知识创新和科学研究方法的熏陶和训练；后者指学生在教师指导下，以科学研究的方式查阅资料、搜集信息，并通过分组协作和讨论来完成指定项目或问题的一种主动的、独创性的学习活动[2].
（二）教学改革的目标
通过启发式教学方法进行组合数学教学，锻炼学生的论证能力，用组合数学的思想培养学生分析问题和解决问题的能力，使学生能得到严格的逻辑推理与抽象思维能力的锻炼，了解数学中的抽象思维、建立数学模型与计算机科学实践之间的内在联系，不仅提高专业开发能力，而且为其他课程的学习打好数学基础.
（三）研究性教学改革的实施方案
根据组合数学的课程要求，在整个教学改革过程中，按照教学内容分成三个层次来安排：
1.第一层次为基础知识的学习
在研究性教学改革中，对课程的教学内容进行凝练和概括，对学时分配进行了优化.对于基础知识的学习依然采用传统的教学方法，夯实基础.
2.第二层次为综合应用知识的学习
为了加强学生综合应用知识的能力，对学生进行了分组，让每组学生独立完成设置好的一些案例.通过这些案例的研究性教学和讨论，可以使学生明白学习的目标不只是为了记住结论、公式、定理，而是会运用知识解决问题，真正由“学会”变为“会学”，这才是研究性教学的根本所在.
3.第三层次为创新知识的学习
为了培养学生创新能力，设置多个创新性课题，旨在探索并建立以问题和课题为核心的教学模式，激发学生的创新思维和创新意识，逐渐掌握思考问题、解决问题的方法，提高其创新实践的能力.
三、研究性教学效果分析
在组合数学的研究性教学开展中，经过不懈努力，取得了一定成果和效果.
1.教师方面：教育的观念变了，教师在教学过程中真正成为学生学习的组织者、参与者、帮助者、引导者和促进者，从备课到上课，先进的教学理论得以实施，教学案例也是新颖而且有价值的.
2.学生方面：改变了学生学习的方式，一改“在听中学”的单一方式，创造“在做中学”“在尝试中学”等多种学习方式；二改学生被动的学习态度；三改学生接受式学习的习惯，大力开展研究性学习；四改学生机械模仿的习惯，帮助学生进行创造性的有意义的学习.学生接受了新的教学法，能够按要求撰写学案，懂得了要合作学习，分享成果，也明白探究过程对个人的发展起到了积极的作用.
四、结 论
通过开展组合数学课程的研究性教学改革，不仅较好地激发了学生学习的兴趣，更重要的是使学生深刻认识和领会到严谨的逻辑思维和高度的抽象思维及形式化表示在计算机科学发展及应用计算机求解等一些复杂的深层次问题中的作用.
【参考文献】
[1]辛志成.试论研究性教学在高校教学中的实施[J].教育理论与实践，2007（27）：46-47.
[2]别敦荣.研究性教学及其实施要求[J].中国大学教育，2012（8）：10-12.
生物信息学作用范文第8篇
首先讨论一下自然哲学与中医学术方向变革的关联性。自然哲学是哲学的一个分支，它以人的一切对象为对象，是自然对象整体的本源或存在方式。从人类学本体论视角看它绝不是个别现象的描述学。人的存在与自然相关，人的自然化与自然化的人，《论语》讲“逝者如斯夫，不舍昼夜”，山川河流及万物都在变化之中，人也需要认知变化，顺应自然而演变及适变，这是美学的论题。而实践美学是人类学历史本体论的哲学，它以外在一内在的自然的人化为根本理论基础，美的根源在于外在自然与人的生存关系的历史性改变，而美感的根源在于内在的自然，即先天生理心理和后天文化教育经验的渗透，也是心理性向社会性融合的过程。联系中医药学的理论是现象理论、非线性理论，是巨系统的复杂理论。它的理论价值体现了中华文明的哲学底蕴，体现了华夏民族崇尚“以美启真”“以美储善”“以美立命”的道德风范。另一重要方面，自然哲学对中医学人倡导“象思维”的模式，以形象思维为基础，重视观察和体悟，审视人的健康和疾病的状态，将形象、具象、意象的主体认知落实到临床医护诊疗工作中，以维护健康与提高疗效水平。显然“象思维”是动态的整体，是中医学原创思维与原创优势，有望推进整体医学思想与励行多维恒动的关系本体认识论的自觉性。
面对国家的医疗卫生体制改革已进入深水区，广大中医药界学人把惠及民生为己任，要提高为广大民众服务的公平性和社会可及性，这是中医药学术方向变革的动力。关于中医药学学科总体目标的设定，先荽认清全球科学格局正在变化之中，重要的在于科学概念的更新和宇宙观的深化。21世纪科技界对黑洞的观测与发现，其中有90%的暗物质即那些不发射任何光及电磁辐射的物质，而黑洞的物质运动是不规则的、非线性的、具有不确定性的，对宇宙天体的观测研究，无疑影响着中医药学的理论基础，确切地说中医学不是唯唯物的，而是以唯“象”为主体的，是非线性和不确定的，应强调实体本体与关系本体的整合，注重能量与信息的时空转换，显然中医学现象理论与现代大科学的宇宙观相吻合。
目前，大科学时代是由信息时代逐渐向高概念与大数据技术演变。笔者理解的高概念首先是科学人文的融合，科学求真、人文求善，科学人文互补互动；二是要研究复杂系统的相关性，要敢于突破原有学科的边界，提倡整合；三是对不同民族、地域的优秀文化中的科学概念进行诠释辐射与创新。大数据是针对复杂系统多学科、多元化研究的海量数据，包括着非线性、不确定性数据的综合集成技术。可见高概念大数据技术将为中医药学科理论框架与临床实践指南的构建更新创造良好的机遇。纵观20世纪医学科学发展的轨迹是以二元论和还原论为中心展开的纯生物性理论与技术的发展方向，代价是医学人文的失落，眼中只有“病”而忽略了主体的“人”，过度追逐“科学化”，以生物学的指标作为判别疗效的唯一标准的医学。虽然在传染病和感染性疾病方面取得了重大成绩，但同时也发现了医学主体的人的复杂性、能动性与非线性、不确定性等特质，如何求解？新的自然哲学观引领下的健康新理念，主要突出“以人为本”的价值目标，注重关系本体论的研究设计思路，注重人文关怀、人的道德和人的社会适应性，与医生患者成为道德共同体的培养。
有一个问题必须讨论，即在科学人文融合的大科学理念引导下，当今的中医学与西医学能以互补互动向趋同方向发展，为构建统一的新医药学奠基吗？有学者认为中西医之间从具体研究对象、研究方法以及两种医学的基础理论都具有不可通约性。先说具体对象中西医学依自然哲学原理应是“人”，人的存在的一切对象。只是产生于西方工业文明基础上的西医学在一段历史时期将对象侧重在“病人”的病、追求的是生物学的指标，重技术重实证，必须可重复可复制。还原论盛行的20世纪，对人类物质文明的提髙功不可没。笔者作为中医学人对西医学出现的问题不言自明。晚近十数年间亲身观察医学方向在逐渐转变，重视人文关怀由“人的病”到“病的人”的情绪、感情、心理变化，逐步渗透出现叙事医学、发展医学心理学科，有学者明确提出循证医学叙事化。医学科学研究面对复杂系统的临床难治病，从“单疾病、单靶点、单药物”的医疗模式，正经历着多学科、多元化、多层面整合集成探索调控疾病的转变，研究思路上正发生从“还原性研究”转为“系统性研究”、从“描述性研究”转为“预测性研究”，其中一个重要标志就是从网络这一整体的视角来认识生命活动与药物治疗机制。尤其是以人类健康为主要研究内容，朝向个体化医学、预测医学、预防医学、参与医学做出调整以适应转化医学与网络医学的发展。中医药学的研究对象罹三千年的历史始终是人，“以人为本”。以农耕文明为基础，上溯孔孟仁学、老庄“重生”顺其自然的哲学，一贯以儒释道主体的国学为指导，国医国药不断融入外来医药又不断向外辐射传播，从来都是开放的系统。有鉴于本世纪二元论与还原论逐渐被多元的大科学的革新所取代，同时一元论与系统整体论的兴起，将“人”放在天地之间来看人的健康、来看人的疾病，物我一体、知行一体、精气神一体、象意形融通，历来主张科学人文互补互动，是具有生命科学与人文科学双重属性的学科。综合上述，从中西医学研究对象在农耕文明与工业文明的影响和近代研究发展趋势看，从不同质不通约而朝向整合方向迈进。
回首本世纪初叶，我承担了国家“973”与自然基金委重大科研项目，对中医方剂配伍着手研究组建了多学科的团队，不仅有中西医药专家，还广泛吸收引进了化学、物理学、数学计算、信息与天文学专家的参加与指导。中医方剂有中药配伍组合的物质基础又体现治疗效应，是中医理论的载体。届时，我提出“方剂的潜能蕴藏于整合之中，不同饮片、不同组分、不同化合物的不同配伍具有不同的效应，诠释多组分与多靶点的相关性，针对全息病证，融合对抗、补充、调节于一体，发挥增效减毒与减毒增效的和谐效应”。整合效应包括药效物质与生物效应的整合，药物实体与表征信息的整合，药物功效与人体功能的整合。通过实验认识到“网络”可以看作是整体与系统的构建基础和关键技术。譬如“网络药理学”中的网络，在宏观与微观的基因组、转录组、蛋白组、代谢组、表型等不同层次，有基因调控网络、蛋白质相互作用网络、信息传导网络、代谢网络、表型网络等各种生物网络，“网络”作为复杂系统分析的关键，代表了一种符合中医药整体特色的研究新理念与新方法，我国学者无分中西展开的复方网络药理学研究与国际基本同步，中医方药研究有望跻身当代科技前沿，为源头创新提供强有力的支撑。
中医药学历来以临床医学为核心，在具体的内容上首先朝向个体化医学。由于人类基因组计划的顺利完成以及分子生物学技术和生物信息学的快速发展，如何基于药物遗传学的发现而发展个体化医学，已受到医药科技界的重视。中医诊疗从整体出发，如治疗同一种病，因遗传背景体质禀赋的差异等，出现“证候”不同而治疗方药与剂量亦不相同。当然，还有医学模式中心理情感与社会、环境等也是个体化医学体现人文关怀的重要方面。显然辨证论治的理念与技术将在个体化医学的发展的时空中发挥主导的作用。未病先防、既病防变践行预测医学与预防医学，应将重点放在病前的早期监测。中医治未病与五运六气学说是其代表，积极辨识健康状态及演变趋势，适应各种气候、物候，各种环境的变化，又要调心身怡情养性。
中医作为整体系统医学有明确的内在标准，如“气脉常通”“积精全神”“阴平阳秘”等；具体干预方法如饮食有节、起居有常、恬淡虚无、法于阴阳和于术数等为实践证实有效的身心调摄的理念和方法。至于参与医学，倡导每个人主动参加到对自身健康的认知和维护健康的全过程中去。历来重视人的智慧和能力，以“志闲而少欲、心安而不惧、形劳而不倦”“气从以顺、各从所欲、皆得所愿”，以调制承平，做到“正气存内，邪不可干”。
转化医学要作为重点的变革之一，凸显个体化医学的中医中药的优势，同时要参与到全球卫生信息化工作中。中医药学讲转化医学是“以人为本”，从临床实践中凝聚科学问题，再做基础研究与新复方的开发研究，是基础科研成果转向临床应用，进而提高维护健康防治疾病的水平。因此，转化医学研究的模式必须是多学科的联合体的密切合作，医院要向院前转化，成熟技术向产业转化，科研成果向效益转化，面向基层医教研产要向人才培养转化，总之其“模式”具有普适价值。勿需讳言，我们在推动转化医学中体悟到还原论与系统论，与运用网络医学作为调整变革的重点时，面对多因素、多变量、多组织器官复杂性现代难治病诊疗，中医学与西医学基础整合的可能性是存在的。