山东生物信息学技术发展的竞争态势及对应措施研究

贾爱荣 袁文鹏 张永刚 夏雪奎 刘新 刘昌衡

摘 要：在当前国际国内生物信息学激烈竞争、加速发展的宏观背景下，该文通过对山东生物信息发展实际情况的分析，研究了山东发展生物信息学的总体战略思路，选择技术切入点和发展重点，探讨可供操作的发展模式。该研究将为新世纪生物信息学发展的竞争态势下山东省的应对措施提供科学依据及相关政策建议。

关键词：山东 生物信息学 竞争态势 对应措施

中图分类号：O811 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）02（a）-0062-02

从20世纪80年代末开始，伴随着计算机技术的迅猛发展，一门新兴学科—— 生物信息学（Bioinformatics）应运而生。它的诞生和发展是应时所需，是历史的必然。尤其是20世纪末，生物科学技术无论在数量上还是质量上都迅猛发展，这使生物科学数据资源得到极大丰富。数量巨大的多样化生物学数据资源必然蕴含着许多揭示生命之谜的关键生物学规律，人们需要借助更强有力的工具完成复杂的分析。

1 生物信息学的产生

生物信息学的概念最早产生于1956年，在美国田纳西州盖特林堡召开的首次“生物学中的信息理论研讨会”上。到1987年，林华安博士正式确立该研究领域名称为“生物信息学”。生物信息学是研究生物学系统和生物学过程中信息流的综合系统科学，最终目的是指导实践，从本质上讲就是通过网络技术和计算机科学来解决生物学问题。

2 我国生物信息学的发展

为了促进生物信息学这一前沿领域的发展，我国逐年增加对该领域的研究投入：国家不仅在“863”计划中专门设立生物信息技术主题，同时自然科学基金委员会也把该主题作为重要发展方向，该主题的立项工作也出现在“973”计划中。在著名院士和教授的带领下，生物信息学在各个领域取得了成绩，取得许多在国际上都占有一席之地的成绩。

目前，随着人类基因组研究的展开，我国生物信息技术研究显露出蓬勃发展的势头，不仅多家大学和研究机构相继成立了生物信息中心或研究所，同时生物信息学也出现在各大高校的研究和教学工作中，各大高校相继设立生物信息学专业，并招收本科、硕士、博士研究生。

3 调查、评价山东省生物信息学竞争态势

从国际宏观角度来看，山东的生物信息学发展在总体上还比较薄弱，存在一些发展制约因素，但是从不同角度分析，山东的生物信息学又具有一定的实力和潜力。如果充分挖掘这些潜力，有望增强山东参与国内外竞争的实力，加快山东生物信息学的发展。

3.1 数据库的角度

山东省已经拥有高性能的计算机系统—山东大学计算机机群系统，山东科大资源与环境工程学院应用采用AMD64架构的曙光天阔R210A服务器和Hyper Transport技术，以满足系统对强大数据运算、处理的需求，同时利用D-LINK DGS-1248T高性能千兆以太网交换机将所有节点连接起来，有效实现所有计算节点的高速通信融合。高性能机群来建立的强大的应用平台，使得山东具有了一定的系统软硬件环境，这对科学数据库中海量数据资源的保藏、管理、服务和应用具有重大的意义和作用。

3.2 數据分析技术的角度

对分子演化领域的研究最早产生于1962年，由Zuckerkandl和Pauling提出，其核心思想是把分子演化建立在序列变异分析与其演化关系联系基础上进行研究。在八九十年代，国外生物学数据分析技术获得突飞猛进的发展。在2004年8月17日国际密码学会议（Crypto 2004）在美国加州圣巴巴拉召开，山东大学的王小云教授做了有关破译MD5、HAVAL-128、MD4和RIPEMD算法的报告。这种数据分析方式在网络安全与信息传送中具有重大意义。这在国际上占据了领先地位，说明山东在该领域具有一定的能力和潜力。

3.3 专业机构的角度

山东省生物信息工程技术研究中心，成立于2001年2月，由山东省科技厅批准，是山东省唯一一家专门从事计算生物学和生物信息学研究的科研机构，中心包含生物信息学和计算生物化学两个主要研究方向。山东省干细胞工程技术研究中心成立于2001年，由山东省科技厅批准，以烟台毓璜顶医院和烟台大学为依托，同年烟台市科技局将其命名为”烟台市生命科学技术研究中心”。山东省农业科学院测序中心”成立于2006年。山东省具有生物信息学服务的机构也相对较少，“生物信息学专业技术服务体系并不完善，显示出山东省生物信息学研究力量薄弱这一现状。

3.4 人才资源的角度

由于生物信息学需求迅猛，即使是像美国这样的发达国家也面临着供不应求、人才匮乏的情况。生物信息学人才供不应求。山东大学生命科学学院，2004年开始招生基因组与生物信息学专业。目前，山东从事生物信息学的队伍还比较小，这与山东拥有众多的高校、丰富的科技人才资源和比较好的科技环境还不太相配，成为制约山东生物信息学发展的一个因素。山东省需要在国内外生物信息学人才紧缺的大背景下，把生物信息学人才培养作为工作重点，加大人才培养的资助力度，壮大从事该领域的人员队伍，做到充分挖掘生物信息学方面的人才潜能，来增强在国内外的竞争实力，有望使我省在国内外同领域占有一席之地。

4 山东发展生物信息学的对应措施建议

曾在山东大学任教的孙丰珠教授，主要从事计算机科学、生物学、数学和医学的交叉界面问题的研究。他指出计算机、医学、数学结合的原因之一在于，目前生物信息学在北美的迅速发展，人类基因工程基因组的完成以及大量数据库的不断增长，要求把数学、计算机应用到大型数据的利用上。计算机、医学、数学结合的原因之二在于，通过对IHMP和NIH ROD MAP的研究以及GEGS的科研目标的实现，在3-5年内建立十个整体研究中心，把数学、医学、计算机、分子生物学等学科的交叉面作为高等研究人才的合作的目标。孙教授还介绍了当前医学、数学、分子生物学的教育状况，并通过引用了《自然》杂志上的一篇文章以及作此研究的世界著名大学的统计，来说明此项研究的重要程度。根据这一情况，山东省的生物信息学应在全球生物信息学发展的大背景下，积极学习国内外的先进经验，依据自身条件，建立适合自己可操作的发展模式，使我省的生物信息学得到充分发展。可从以下几个方面入手。

理论研究。生物信息学的发展离不开基础理论研究，它对许多学科都提出了巨大的挑战。在理论研究方面要继续做好以下几项工作：基因组结构与遗传密码；基因序列信息分析；大规模基因表达谱分析；人类基因组信息结构复杂性研究；基因表达调控研究；蛋白质功能预测；算法及软件开发。

软件开发。目前，虽然生物研究软件很多，但是软件缺乏统一化标准，每个软件软件具有各自的输入输出格式，导致编写新软件时不能很好的利用现有的软件资源。同时，不同软件之间功能重复太多，导致生物学家选择困难。解决这两个问题需要详尽的介绍各种软件的功能特性和技术细节，并进行比较。

集成数据库。因特网是数据获取的最佳选择，将各自建立的数据库连接到因特网中，不但可以快速高效的服务世界各地的科学家，而且还可以令我们自己享受到便捷的服务。

学科交叉。生物信息学是一门交叉学科，涉及到生物学、计算机学、数学，加强三门学科间的沟通，不仅可以促进生物信息学自身的发展，而且可以成为促进整个生物学发展的强大推力。

5 结语

在生物信息学方面，山东省的研究与国内外一些知名研究机构还有很大差距。如果想在生物信息学领域发展的前沿占有一席之地，就必须突出自己的特色，不能盲从，选择正确的研究方向和方法是生物信息学专业发展的关键。

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