计算机技术在生物技术中的应用

题目:计算机技术在生物技术中的应用

摘要：随着计算机性能的不断提高、体积的不断缩小、使用的不断简化，网络的使用越来越方便，现在计算机技术已渗透到几乎所有的领域中。有人说二十一世纪是生物技术的时代，自从进入二十一世纪以来世界各地的生物技术取得了巨大的发展，而由于计算机变得越来越强大先进，这让计算机可以为生物技术做更多人无法完成的工作。然而，生物技术的发展也为计算机技术的发展提供强大的动力。所以生物技术和计算机技术现如今已达到了一个相辅相成的地步。本文主要介绍了计算机技术在分子生物学、生物医药技术等生物技术方面的应用，以及生物技术对计算机技术发展的推动。

关键词：计算机技术、分子生物学、基因工程、生物医学

正文：计算机以其高速的计算功能、数值与逻辑计算功能以及存储记忆功能，广泛应用于科学计算、过程检测与控制、信息管理、计算机辅助系统等领域。

1、计算机技术在分子生物学中的应用

计算机技术在基因作图与测序中的应用已随着分子生物学的发展显得越来越重要。现在，世界上的分子生物学家们正在致力于有史以来最大的数据收集工作。在国家、学校、研究所和企业所属的实验室中技术研究人员正在进行着从最低等的细菌到最高等的人的全部基因组的测定和序列测定作图工作，为的是发现对遗传信息具有经济价值的新的利用和开发途径。到本世纪末时,分子生物学家们希望获得上万种生物的基因组序列。这将是一个含有分布在地球上不同地方的众多植物、动物和微生物的进化“蓝图”的巨大数据库。然而，它所产生的生物信息量是我们无法想象的，当然，也会是我们人类无法用笔、纸所能去管理与查阅的。对于所产生的如此之大的生物信息量,我们只能通过计算机技术进行管理,以电子方式储存在分布于世界上不同国家和地区的数据库中。收集、下载、管理和使用基因组信息将要求计算机技术和生物科学之间更加紧密地合作,同时也要求研究人员们在相关的物理学、数学、工程学、计算机科学、化学和分子生物学等领域进行全面培训。

人类基因组计划加速了计算机技术和基因工程的结合。若没有计算机科学家们和日益复杂的计算机技术的帮助,对人类细胞中碱基对序列的测定和分析将是不可能实现的。人类的基因组计划正把生物学转变为信息科学。许多生物学家觉得获得序列的过程很枯燥,但是从计算机科学的角度来,这是一流的富于挑战的算法问题。基因组的作图和序列测定工作刚刚开始。在遗传水平上把整个自然世界进行重新排列,并着眼于把它转化成网络市场上的有用产品,是一个令人望而却步的挑战,这无疑是人类曾经难以想象过的庞大的管理任务。理解和描述所有基因之间、组织之间、器官之间、物种之间和外界环境之间的相互关系网络,以及引起遗传突变和表型改变的因素,是曾经研究过的任何复杂系统所不能处理的。只有通过跨学科途径,尤其依赖于信息科学家的计算技巧,才有希望完成此任务。

2、计算机技术在生物医学工程方面的应用

生物医学工程是运用现代自然科学和技术科学的原理和方法，从工程学的角度研究人体的结构、功能及其相互关系以及其他生命现象。其目的是解决医学问题，即研究和开发为防病、治病以及人体功能辅助等医学应用的装置和系统。用

技术科学的概念和方法来解释和描述人体各层次的成份、结构和功能，以及人体各种正常生理功能和病理状态之间的差异，这些内容形成了这个学科的基础部分。而防病、诊断、治疗及功能辅助的具体技术和设备则形成这个学科的应用部分。同时，计算机是生物医学工程研究所必不可少的工具，下面做具体介绍：（1）、计算机在医学上的辅助应用：计算机辅助治疗在临床的应用主要体现在计算机辅助外科（，）技术，技术通过将先进的医学成像与空间定位技术相结合，利用计算机技术特别是图形图像处理技术，辅助医生制定合理手术方案, 引导手术安全准确进行。随着现代外科对治疗个体化、治疗精确化和创伤有限化的不断追求，技术已在临床获得了了广泛应用，特别是在神经外科、骨科、耳鼻喉科手术中。

计算机辅助设计( )是利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作，简称。在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生的设计结果，可以快速作出图形显示出来，使设计人员及时对设计作出判断和修改；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。能够减轻设计人员的计算画图等重复性劳动，专注于设计本身，缩短设计周期和提高设计质量。目前，计算机辅助设计已经广泛应用于口腔修复、假肢设计等。

（2）计算机在医院信息管理中的应用：医院管理系统是利用电子计算机和通讯设备，为医院所属各部门提供病人诊疗信息和行政管理信息的收集、存储、处理、提取和数据交换的能力，并满足所有授权用户的功能需求。该系统实现了用计算机对医院病人进行看病和药品流通的全过程管理进行动态监测，那些传统上全靠手工操作，工作量大、效率低、易出错的大量数据完全可以用计算机代替处理，大大减轻了管理人员的工作负担，同时又可向病人提供完整的数据，为病人提供方便和快捷。

3、生物技术的发展对计算机技术的推动作用

目前，计算机工业飞速发展，计算机技术日益成熟。然而我们所使用的传统计算机晶体管的密度已接近当前技术的理论极限，发展空间似乎越来越小。因此，要想在计算机方面重新取得较大的发展，人们需要不断的寻找新的计算机结构。

科学家们为了实现高集成度，使计算机得到进一步的发展，他们把目光转向了正在兴起的生物技术方面，并借鉴生物界的各种处理问题的方式，提出了一些新型的生物计算机模型。在过去的半个多世纪中，分子生物学将生命现象分解成大量基因和蛋白质的组成。国际著名杂志《》曾经报道，英国剑桥大学研究发现了“生物电路”。他们对一种细菌中的蛋白质进行研究，发现细菌内部存在着由蛋白质构成的信息处理网络，该网络可根据分子密度和形状等性质的变化传递和处理信息，并根据接收到的信息而驱使细菌游向营养物质所在的地方。同样，美国斯坦福大学的专家在细菌中也发现了“生物电路”，并在生物利用能量糖酵解过程中发现了逻辑运算现象，找到了有关的“逻辑门”。因此，人类可以利用遗传工程技术，仿制出这种蛋白质分子，用来作为元件制成计算机。上世纪70年代以来，人们发现脱氧核糖核酸（）处在不同的状态下，可产生有信息和无信息的变化。联想到逻辑电路中的0与1、晶体管的通导或截止、电压的高或低、脉冲信号的有或无等等，科学家们激发了研制生物元件的灵感。在此基础上，1995年，来自世界各国的200多位有关专家共同探讨了计算机的可行性，认为分子间