生物信息学课件1-PPT课件

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基因数据的 快速增长
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为什么这么快
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Sanger, UK
已完成测序的基因组(EBI)
病毒(virus) 类病毒(viroid) 1639 46 包括多种流感病毒, HIV, SARS冠状 病毒等 主要是植物病毒
质粒(plasmid)
噬菌体(phage) 细胞器(organelle) 古细菌(archaea)
功能分析 发展基因组水平的技术
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生命科学的发展趋势和热点

发展趋势
系统生物学: 微观还原,系统 统一生物学(General Biology) 生物技术的产业化


热点
生物大分子的结构与功能研究 基因组与细胞的研究 脑科学和神经科学研究 行为科学研究 关于遗传、发育、分化、进化的综合理论研究 生态环保研究

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多老了？


1960s已有建立数据库、序列分析、 开发算法,当时叫分子进化 如果考虑生物数学,19世纪已经流行 首次提出Bioinformatics的说法
荷兰理论生物学家1980年代初Ben Hesper和Paulien Hogeweg 马来西亚生化物理学家林华安(Hwa A. Lim)于1987年

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物理学的发展对生命科学的启示
物理学
大量实验数据积累 经典物理学
17世纪 18世纪
19世纪
生命科学
农业、医药实践
博物学
公式化 机械论完善
分类、解剖研究
进化理论 近代生物学
应用物理 20世纪 遗传学、分子生物学 相对论、量子力学 现代物理 现代生物学
非线性物理、复杂系统 大量实验数据积累 21世纪 21世纪的生物学


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最早提到该词的文献(PubMed) (1990)Genomics,6(2):389
生物信息学发展阶段(1)

前基因组时代(pre-genomics era)
建立生物数据库(1965, Margaret Dayhoff的Atlas of Protein Sequences; 1982,GenBank Release 3) 对位算法(1970,NeedlemanWunsch; 1981,SmithWaterman) 1977,DNA测序和相应的软件分 析(RA Staden)
627
469 1510 54
主要提自细菌中
如线粒体、叶绿体
细菌(bacteria)
真核生物(eukaryota)
694
包括草履虫、疟原虫、弓形虫、酵 78 母、线虫、果蝇、海藻、水稻、鸡、 鼠、狗、人、黑猩猩等 2019.9
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测序进展


GenBank中已超过2000亿碱基对 速度


目前速度: 10天一个基因组(细菌) 目标: 1天一个基因组 目前价格: 10000美元(细菌) 目标: 1000美元 趋势: 过去十几年,每2年半价
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人类基因组计划(3) – 超额完成目标
领域
完成时间 15年 遗传图 物理图 2-5厘摩,600-1500个标记 30000 STS
目标
13年
实际达到
1厘摩,3000标记 52000 STS 99%,99.99%精确
完成时间
2019.4 1994.9 2019.10 2019.4
DNA序列 95%含基因序列,99.99%

价格


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微小化、并列化: 数千到数十万well 多目标化: 肠内几十上百种微生物、土壤中全部微 生物同时测序 最小基因组研究、基因组人工合成
蛋白数据增长(PDB)
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反应通路(KEGG)


glycolysis pathway(糖酵解) 京都基因与基因 组百科全书 (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)
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全细胞通路
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人类基因组计划(1) – 人类三大计划
曼哈顿原子弹计划 (1942-46) 人类基因组计划 (1990-2019)
阿波罗登月计划 (1961-69)
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人类基因组计划(2)

ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome /home.shtml 人类基因组计划(Human Genome Project, HGP) 由美国能源部(Department of Energy, DOE) 和美国国立卫生研究院(National Institutes of Health, NIH)组织完成 1990年10月开始,2019年4月完成(1953双螺旋) 参与国:美、英、日、法、德、中 并没有完成测序(2019.5完成)
生物信息学
第一章 绪论
毛理凯
初步计划讲授内容
1. 2. 3.
4.
5.
6.
7. 8.
2
绪论 生物信息学的计算机基础 生物信息学资源与数据挖掘工具 DNA序列分析 分子系统发育分析 基因组分析 蛋白质组分析 数学模型
本课目录
一． 二． 三．
当今生命科学展望 生物信息学简介 发展现状
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一、当今生命科学展望
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公式化？
二、生物信息学简介
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什么是生物信息 学(1)

bioinformatics
= bio + informatics 生物 信息学
பைடு நூலகம்

相关学科
计算生物学(computational biology) 系统生物学(systems biology)

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什么是生物信息学(2)

bioinformatics.org/faq/#definitions
(大致地)计算机对生物信息的处理 (多数人认为,面窄)计算分子生物学 (computational molecular biology) (宽松地)甚至包括医疗成像、图像分析、遗传算 法、人工智能、神经网络… (经典)用计算机储存、比较、提取、分析、预言、 模拟生物分子的组成与结构。主要应用(core)是 序列分析 (新)比较基因组学、功能基因组学、蛋白质组学、 结构基因组学
测序速度 500 Mb/年,< 0.25 美元/bp 和费用
序列变异 10万SNP 基因识别 全长cDNA 模式生物
> 1400 Mb/年,< 0.09 美元 2019.11 /bp
3.7百万SNP 15000全长cDNA 2019.2 2019.3
大肠杆菌、酵母菌、线虫(C)、 除完成上述,C. briggsae, D. 2019.4 果蝇(D)基因组序列 pseudoobscura,大小鼠草图 高通量寡核苷酸合成、DNA 1994, 2019, 微阵列、酵母全基因组水平敲 2019,2019 除、蛋白双杂交