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中国学者最新文章介绍生命科学信息工程
【字体: 大 中 小 】 时间:2013年01月29日 来源:生物通
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所谓生命科学信息工程,是指以生命信息学为基础,运用现代信息技术、生物技术和医学手段,研究生命现象与生命过程中信息的获取、传输、处理与利用的一门工程技术学科。近期来自军事医学科学院,中国医学科学院等处的研究人员以质谱平台产出的高通量蛋白质组数据为例, 说明组学数据分析的复杂性……
生物通报道:所谓生命科学信息工程,是指以生命信息学为基础,运用现代信息技术、生物技术和医学手段,研究生命现象与生命过程中信息的获取、传输、处理与利用的一门工程技术学科。这门学科是针对近年来以组学数据为代表的生命科学数据呈指数增长,现代生命科学与高能物理、气象、环境科学等其他数据密集型学科一样, 已经进入了高度信息化的时代,所应运而生的一门学科。
国内对这一领域也越来越重视,比如启动的国家跨组学信息工程大设施(China Information Engineering Infrastructure for Pan-Omics Studies, CIEIPOS)已经成为推动中国生命科学进一步发展、并使海量数据转化成知识与应用的必不可少的国家生命科学基础设施。近期来自军事医学科学院,中国医学科学院等处的研究人员特以“生命科学信息工程设施以及在中国的实现”为题,以质谱平台产出的高通量蛋白质组数据为例, 说明组学数据分析的复杂性。并通过对跨组学数据在不同时空的模拟分析, 进一步说明 CIEIPOS 的实际应用对计算机硬件与网络的要求。
近十几年来, 由于基因测序技术革命性的突破, 基因芯片、质谱分析以及下一代基因测序(next generation sequencing, NGS)等技术的长足发展, 一系列对生物分子进行“整体研究”(holistic study)的“组学”技术相继问世。比较成熟的有基因组学(genomics)、转录组学(transcriptomics)与蛋白质组学(proteomics)等。它们打破了对生物分子单独研究的传统方法, 把基因、转录子或蛋白质放在复杂的分子网络中进行综合分析。
组学网络是体现这些生物分子相互关联的图(map)或谱(profile)。对这些网络之间纵向关联及其变化的研究, 是跨组学研究的主要内容, 也是对生物个体的自然系统进一步认识的重要手段。随着组学研究的不断深入, 其他新的组学, 如代谢组学(metabolomics)、相互作用组学(interactomics)、生理组学(physiomics)与表型组学(phenomics)等, 也不断产生, 使组学的类型日益丰富。另一方面, 随着组学研究成本的迅速降低以及实验平台的日益高通量化, 组学数据的量也呈指数增长。在组学研究兴起的伊始, 这些组学数据的密集性、 类型与关系的复杂性, 以及生物个体的多样性, 便在数据的搜集、存储、处理、分析、分发与应用上, 给信息学带来了前所未有的、巨大而全面的挑战。
文中介绍了国内 CIEIPOS计划与现状,国家跨组学信息工程大设施(China Information Engineering Infrastructure for Pan-Omics Studies, CIEIPOS)是2011年,由国内学者在数据密集型科研与数据科学研讨会上提出的,学者们呼吁建立国家对数据密集型学科的专项资助以及国家的数据共享机制, 并通过立法保障科学数据的网络安全。值得注意的是, 将培养“专业+信息技术”的高级复合型人才作为一个重要任务提出。
近10年来, 中国的生命科学工作者已在组学研究上全方位地与国际接轨。中国的组学研究, 尤其是以北京蛋白质组研究中心(Beijing Proteome Research Center, BPRC)为代表的蛋白质组学研究,以及以北京基因研究院(深圳)(Beijing Genomics Institute, BGI)为代表的基因组学研究, 已经取得了令人瞩目的成绩。然而, 由于中国还没有一个代表国家信息水平的生命信息工程设施, 这些宝贵的数据资源还不能被及时地处理及有效地分析, 它们的潜在价值还远没有被充分地利用, 并转化成生物学的知识与医学的应用,因此CIEIPOS计划对中国在今后的5-10年里, 在生命科学及其各应用领域内逐渐发展成为世界强国, 具有非常重要的意义。
文章指出,在本世纪的前10年里, 中国在生命科学研究的水平上、在数据的积累上已经取得了长足的进步。但是, 在关键的生物信息的管理、分析、计算与应用设施上, 却没有取得与之匹配的发展, 形成了需求与支持能力之间巨大的距离, 这个距离已经严重阻碍了中国生命科学向纵深发展, 以及研究成果向应用的转化。国际上也同样存在着这种距离。但是, 由于欧美国家在过去的20余年里生物信息学平台设施建设的积累, 这种差距并没有中国这么大。
目前, 越来越多的国家已经认识到一个强大的软件与硬件综合平台对现代生命科学的重要性, 并开始投入大量的资金与人力来逐渐缩短这种距离。由此可见, 建设中国的CIEIPOS是提升现代生命科学国家研究能力关键的一步, 只有抓住这个千载难逢的机遇, 才能使中国在激烈的竞争中, 在生命科学及其广泛的应用领域中逐步赶上并引领世界, 处于不败之地.。
原文检索:
朱伟民, 朱云平, 杨啸林. 生命科学信息工程设施以及在中国的实现. 中国科学: 生命科学, 2013, 43: 80–88, doi: 10.1360/052012-439
Zhu W M, Zhu Y P, Yang X L. Information engineering infrastructure for modern life sciences & its implementation in China. Sci China Life Sci, 2013,
56, in press, doi: 10.1007/s11427-013-4440-1
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