信号通路相关文献挖掘与分析方法研究(3)

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中国科学技术大学学位学位论文相关声明

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作者答幺．作者签名：王互ｔ笼兰兰至二≥。４７年多月耳日

信号通路相关文献挖掘与分析方法研究第１章绪论

第１章绪论

１．１生物信息学

人类基因组计划（ＨｕｍａｎＧｅｎｏｍｅＰｒｏｊｅｃｔ）是美国科学家在１９８５年率先提出的，其目的在于阐明人类基因组核苷酸序列，破译人类全部遗传信息。随着ＨＧＰ的正式启动，一门新兴学科一生物信息学（ｂｉｏｉｎｆｏｎｎａｔｉｃｓ）应运而生。

生物信息学是生物学与计算机科学以及应用数学等学科相互交叉而形成的新学科。以计算机为主要工具，开发各种软件，对ＤＮＡ和蛋白质的序列、结构等相关信息进行收集、储存、提取、加工、分析和研究，同时建立理论模型，指导实验研究。目前，生物信息学已广泛地渗透到生命科学的各个研究领域中，成为不可或缺的重要工具。生物信息学技术在人类疾病与功能基因的发现、识别，基因与蛋白质的功能研究方面都发挥着关键的作用。生物信息学的发展将会为生命科学研究带来前所未有的变革：它的成果不仅将对相关基础学科起巨大的推动作用，还将对农业、医药、卫生、食品等产业产生巨大的影响。毋庸置疑，生物信息学已经成为当前生物学领域的研究热点。

生物信息学研究范围十分广泛，大体包括以下方面：基因组序列分析和解释、药物设计、基因多态性分析、基因表达调控、疾病相关基因鉴定、基因产物结构与功能预测、基因进化、基于遗传的流行病学、比较基因组学等【ｌ】。

后基因组时代，生物学家们的研究重心已经从对生命所有遗传信息的解释转移到对生物功能的整体研究。一些新的技术，如ＳＡＧＥ、ＤＮＡ芯片、蛋白质芯片等被用来对成千上万的基因以及蛋白进行分析和比较，力图从整体水平上对生命的活动规律进行阐述，产生了一系列“组”学。

１．转录组（ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｏｍｅ）

从基因组ＤＮＡ转录的基因总和称为转录组，也称表达谱，是研究细胞表型和功能的一个重要手段。与基因组不同的是，转录组的定义中包含了时间和空间的限定。同一细胞在不同的生长时期及生长环境下，其基因表达情况是不完全相同的。人类基因组包含有３０亿个碱基对，其中大约只有２．５万个基因转录成ｍＲＮＡ分子，转录后的ｍＲＮＡ能被翻译生成蛋白质的也只占整个转录组的４０％左右。通常，’不同的组织都会表达一套自己特有的基因以区别于其他组织【２１。

信号通路相关文献挖掘与分析方法研究第ｌ章绪论

转录组可以提供特定条件下的基因表达信息，并据此推断相应未知基因的功能，揭示特定调节基因的作用机制。通过这种基于基因表达谱的分子标签，不仅可以辨别细胞的表型归属，还可以用于疾病的诊断。通过正常人群和患者的转录组差异的比对，可以筛选出与疾病相关的具有诊断意义的特异性表达差异，建立差异表达谱，用于疾病的诊断，从而能尽早地，甚至在出现临床症状之前就对疾病进行诊断，并开始干预治疗。转录组的研究应用于临床的另一个例子是可以将表面上看似相同的病症分为多个亚型，尤其是对原发性恶性肿瘤，通过转录组差异表达谱的建立，可以详细描绘出患者的生存期以及对药物的反应等等［２１。研究生物细胞中转录组的发生和变化规律的科学就称为转录组学（ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｏｍｉｃｓ）。目前用于转录组数据获得和分析的方法主要有基于杂交技术的芯片技术包括ｃＤＮＡ芯片和寡聚核苷酸芯片，基于序列分析的基因表达系列分析ＳＡＧＥ（ｓｅｒｉａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｇｅｎｅｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ）１３Ｊ等。

２．蛋白质组（ｐｒｏｔｅｏｍｅ）

某种生物所能表达的所有蛋白质称为蛋白质组，即一种细胞乃至一种生物所表达的全部蛋白质的总和ｆ４】ｏ

蛋白质是生物功能的主要体现者，有其自身特有的活动规律，仅仅从基因的角度来研究它是远远不够的，例如蛋白质的修饰加工、转运定位、结构变化、蛋白质与蛋白质的相互作用、蛋白质与其它生物分子的相互作用等活动，均无法在基因组水平上获知。蛋白质组的研究不仅能为生命活动规律提供物质基础，也能为众多疾病机理的阐明及攻克提供理论根据和解决途径。通过对正常个体及病理个体间的蛋白质组比较分析，我们可以找到某些“疾病特异性的蛋白质分子”，它们或者成为新药物设计的分子靶点，或者能为疾病的早期诊断提供分子标志。在整体水平上研究细胞内蛋白质组分及其活动规律的新学科就称为蛋白质组学（ｐｒｏｔｅｏｍｉｃｓ）１４１。蛋白质组学通过各种大规模技术研究蛋白相互作用和蛋白修饰变化等，最重要的工具就是质谱仪。

３．代谢组（ｍｅｔａｂｏｌｏｍｅ／ｍｅｔａｂｏｎｏｍｅ）

代谢组学是通过考察生物体系受刺激或扰动前后（如将某个特定的基因变异或环境变化后）代谢产物图谱及其动态变化，来研究生物体系的代谢网络的一种技术，研究对象主要是针对分子量１，０００以下的内源性小分子网。与转录组学和蛋白质组学等其他组学比较，代谢组学具有以下优点：（１）基因和蛋白表达的

信号通路相关文献挖掘与分析方法研究第１章绪论微小变化会在代谢物水平得到放大；（２）代谢组学的研究不需进行全基因组测序或建立大量表达序列标签（ＥＳＴ）的数据库：（３）代谢物的种类远少于基因和蛋白的数目；（４）生物体液的代谢物分析可反映机体系统的生理和病理状态。通过代谢组学研究既可以发现生物体在受到各种内外环境扰动后的应答不同，也可以区分同种不同个体之问的表型差异，因此在国际医药、动植物、微生物等研究领域内得到了广泛应用【卯。

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