我国生物信息学教育的发展与挑战

钟　扬　王　莉　李作峰

十多年来，生命科学和技术迅猛发展，特别是人类基因组计划等科学研究计划取得了举世瞩目的成就，也随之产生出海量的生物学数据。人们已经充分认识到，如果不能及时分析和有效利用这些信息，那么这些耗费巨资所获得的数据将变成一堆垃圾。所幸的是，生命科学与信息科学及计算机技术相结合的产物──生物信息学应运而生，并已逐渐成为当代生命科学研究的一个前沿领域和重要的方法论工具。目前，世界上越来越多的政府部门、教育机构和企业都呼吁加快培养各类生物信息学人才。然而，当前的生物信息学教育从经费支持到师资队伍等诸多方面都还面临着不少困难与挑战。

作为唯一一个参加人类基因组计划的发展中国家，我国成功地完成了人类全基因组1%的测序任务。随后，从水稻基因组到家蚕基因组测序，从功能基因组分析到蛋白质组计划实施， 众多研究项目推动了生物信息学在我国的蓬勃发展。同时， 许多大学和研究所也敏锐地把握到这一发展良机，积极开展生物信息学相关的教育与人才培养工作。2003年，笔者应邀在英国出版的《生物教育杂志》（Journal of Biological Education）上撰文介绍了我国生物信息学教育快速发展的状况与趋势，着重比较了一些重点大学中的相关本科生课程与研究生培养计划。时隔三年，我们进一步对这一领域的发展作了简要的回顾，并指出了我国现阶段生物信息学教育中存在的若干问题，以期引起广泛的注意与深入的讨论。

一、本科生教育

自上世纪90年代后期起，许多大学都为生命科学领域的本科生开设了《计算机在生物学中的应用》一类的课程。近年来，相当大一部分学校直接将其转为《生物信息学》课程。目前，我国生物学本科教育主要围绕两个专业——生物科学和生物技术进行，而生物信息学相关课程通常作为这两个专业高年级学生的选修课，且要求学生们已修完大部分专业必修课以及一些计算机课程，如《C++语言》等。教学实践表明，这一安排基本上符合国内本科生教育的实际情况，有利于本科生们掌握生物信息学的基本知识和工作原理，激发他们今后深入研究的兴趣。在复旦大学，“计算机在生物学中的应用——生物信息学基础”这门课程是大学三年级下学期的选修课，至今已有近十年的历史，前五年选修人数逐年递增，至2002年达到了规定的最大选课人数（约140人）。现在每年稳定在110人左右，从2003年起该课程也向复旦大学数学系和计算机科学与工程系的本科生开放。课程内容包括生物信息学的基本概念、原理和方法（占课程总学时的50%）、邀请国内外生物信息学家专题报告（25%）以及计算机软件练习（如美国国家生物信息技术研究中心提供的BLAST服务工具和华盛顿大学的PHYLIP软件包等占25%学时）。问卷调查表明，学生们认为大多数邀请专题报告信息量大，对他们了解生物信息学的全貌很有帮助，而一些基本概念则可以简化或在其他课程（如“分子生物学”）中予以介绍。

从2002年起，我国一些高等院校开始向教育部申请设立生物信息学本科专业，如浙江大学、同济大学、哈尔滨工业大学、华中科技大学、上海交通大学、西南交通大学、郑州大学等校先后获得批准。有些学校（如哈尔滨医科大学和上海交通大学等）已新建了生物信息学系，旨在培养跨生命科学、计算科学、医学、化学、数理科学等不同领域、具备“大科学” 素质的复合型人才。

二、研究生教育

2003年之前， 生物信息学硕士和博士研究生教育只能以挂靠在不同的二级学科下面或由不同的学科联合组成校内交叉项目的形式来实施。例如，北京大学于2000年在国内率先建立了第一个生物信息学研究生项目。在这个交叉学科项目中，导师来自9个院系（如生命科学学院、数学学院和化学系等），不同院系的在读研究生可以选择在硕士或博士第二年加入该项目。2001年，浙江大学和北京基因组研究所开始组建了一个生物信息学联合研究生项目。其他一些大学则在已有的研究生专业中设立与生物信息学相关的研究方向以及相应的研究生课程，如复旦大学在“遗传学”专业中设置“功能基因组学”方向，在“生态学”专业中设置“生物多样性信息学”等，以满足过渡时期内培养生物信息学人才之所需。

自2004年起，生物信息学成为了自主设置博士点试点专业之一，当年即有13个一级学科博士授予点获批自主设置生物信息学二级学科博士点。2005年， 生物信息学博士点有了更大发展。据不完全统计，目前约有60余所高校和研究所招收生物信息学专业研究生，其所属一级学科包括生物学、医学、农学、数学（统计学）、信息科学以及化学（化工）等。此外，一些学校 （如同济大学等）已开始尝试利用专业学位（如工程硕士）来加快培养社会急需的生物信息学应用型人才。

三、网络与服务器条件

生物信息学教育对网络与服务器条件的要求较高。国内目前主要是通过中国教育和科研网（CERNET）来开展相关教学与科研活动的。CERNET由国家投资建设，教育部负责管理，清华大学等高等学校承担建设和管理运行的全国性学术计算机互联网络。CERNET分四级管理：（1）全国网络中心，设在清华大学（北京），负责全国主干网的运行和管理；（2）地区网络中心，设在清华大学、上海交通大学和西安交通大学等10所著名大学；（3）省教育科研网，分布于全国范围内的36个城市中的38所大学；（4）校园网。国内绝大多数教育机构已被授权使用CERNET。目前，其主干网网宽已提升到2.5Gbps，地区网的传输速率已达155Mbps。CERNET已有12条国际和地区性信道，与美国、加拿大、英国、德国、日本和香港特区联网，总带宽在100Mbps以上。

北京大学在CERNET和校园网的基础上于1996年建立了中国第一个生物信息中心，该中心也是EMBnet（欧洲分子生物学网）和APBioNet（亚洲──太平洋生物信息学网）的中国节点。北京大学生物信息中心可向全国提供生物信息学网络服务，并有许多用于学术和教育资源的镜像数据，如分子数据库和软件等。CERNET用户可通过匿名文件传输协议（FTP）免费获取，该FTP服务器每天平均被点击5000次以上。在复旦大学内，与生物信息学相关的本科生和研究生教育及实践活动均在校园网和CERNET基础上进行，如用BLAST工具进行数据库搜索和用PHYLIP软件包进行系统发育分析等。

四、教材

最初，Baxevanis和Ouellette《Bioinformatics--A Practical Guide to the Analysis of Genes and Proteins》（1998）以及Attwood和Parry-Smith《Introduction to Bioinformatics》（1999）两本书被翻译成中文后用作教材。郝柏林和张淑誉出版了一本《生物信息学手册》（2000），也被选为教学阅读材料。2001年，高等教育出版社出版了笔者编著的教材──《简明生物信息学》。在正式出版前，该教材已在复旦大学高年级本科生和研究生教学中采用。随后，在高等教育出版社的支持下，我们又分别于2002和2003年翻译了两本生物信息学相关的专业书籍──Nei和Kumar《Molecular Evolution and Phylogenetics》（2000） 以及Mount的《Bioinformatics: Sequence and Genome Analysis》（2001），后者的英文版被美国许多高校选为生物信息学教材。近来，生物信息学书籍呈快速增长的趋势，已不下百种，其中授权影印国外原版教科书和翻译书籍仍占主导地位。值得指出的是，生物信息学教材编写工作较为困难，主要原因是学科本身发展太快， 新的知识不断涌现， 相关领域拓展迅速，编写工作常常跟不上内容变动。例如，我们在教学实践中已深感到《简明生物信息学》一书已不能满足实际教学工作的需要，但由于种种原因，修订版迟迟未能完成。此外，系统性也是目前生物信息学教材中普遍存在的一个问题。

除常规教材外，网络业已成为一个重要的教育资源。中国生物信息网（http://www.biosino.org/）、中国医学生物信息网（http://cmbi.bjmu.edu.cn/）、上海生物信息技术研究中心（http://www.scbit.org/）以及北京大学生物信息中心（http://www.cbi.pku.edu.cn/）等均提供生物信息学教育的公共在线课程和阅读材料，其中的中文辅导材料为国内研究人员和学生学习生物信息学提供了方便。

五、问题与挑战

目前，我国生物信息学教育发展呈迅速增长趋势，必将为我国生命科学研究赶上国际先进水平提供新的机遇，但其自身也面临着种种困难与挑战。现阶段存在的主要问题有：

（1） 缺乏合格的生物信息学师资，教师队伍的整体数量和质量与我国生物信息学教育快速发展的规模极不相称。目前，大多数开设生物信息学专业高校的师资队伍靠新近毕业的博士补充。由于欧美等发达国家的生物信息学正处于方兴未艾之际，薪资待遇等多方面的条件较为优越，回国从事生物信息学教学和科研的人才不多，而国内自行培养的博士生有些刚刚毕业，大多数还在学习阶段，这样一来势必出现一些学校的生物信息学专业匆忙上马，而具有良好专业背景的教师匮乏的现象。有些学校问题还相当严重，合格教师寥寥无几，这将对生物信息学在我国持续健康地发展造成不利的影响，学校本身也难以通过严格的教学评估。

（2）对生物信息学专业人才培养的认识各异，造成课程设置不合理。事实上，国外在生物信息学专业的课程设置方面也缺乏成功的经验，围绕“哪些是生物信息学专业的必修课程”和“生物信息学专业的研究生需要哪些基本背景”之类的问题争议颇多。我国高等教育的传统模式在创新性人才和交叉学科人才的培养方面本身就存在不少薄弱环节，如何通过生物信息学专业课程教学与实践加强学生的研究能力，从而加快培养不同专业背景的“复合型”人才是摆在我们面前的一项艰巨任务。

（3） 生物信息学教育与其他专业的合作还有待加强。尽管生物信息学是一门新型学科，但与其他学科专业之间存在不少联系。举例来说，统计学（包括生物统计学和医学统计学）专业在我国已有较长的历史，也具有一定优势。生物信息学与统计学的关系极为密切，如能整合统计学教学资源，势必提升生物信息学教育水准。现阶段的问题是不少学校将统计学专业划归管理学院等，不同学院的教师之间又缺乏交流与合作，难以满足生物信息学教育的需求。

有鉴于此，笔者认为解决我国目前生物信息学教育问题的关键在于，适当控制发展规模，调整师资队伍，在不同专业内、不同学校间乃至高校和研究所之间共享专家资源。此外，加强国际合作，引进国外智力，借鉴先进国家的成功经验也将促进我国生物信息学教育的发展。

作者简介：

钟 扬，博士，教授，生物信息学博士生导师，现任复旦大学生命科学学院常务副院长，上海生物信息技术研究中心副主任，研究方向为分子进化与生物信息学。

王 莉，博士，现在复旦大学和上海生物信息技术研究中心工作，研究方向为分子进化与生物信息学。

李作峰，博士，现在上海生物信息技术研究中心工作，研究方向为生物信息学。