計(jì)算生物學(xué)（Computational Biology）是生物學(xué)的一個(gè)分支，是指開(kāi)發(fā)和應(yīng)用數(shù)據(jù)分析及理論的方法、數(shù)學(xué)建模和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)等，用于生物學(xué)、行為學(xué)和社會(huì)群體系統(tǒng)的研究的一門(mén)學(xué)科。計(jì)算生物學(xué)的最終目的不僅僅局限于測(cè)序，而是運(yùn)用計(jì)算機(jī)的思維解決生物問(wèn)題，用計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言和數(shù)學(xué)的邏輯構(gòu)建和描述并模擬出生物世界。
簡(jiǎn)介
計(jì)算生物學(xué)是指開(kāi)發(fā)和應(yīng)用數(shù)據(jù)分析及理論的方法、數(shù)學(xué)建模、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)等。當(dāng)前，生物學(xué)數(shù)據(jù)量和復(fù)雜性不斷增長(zhǎng)，每14個(gè)月基因研究產(chǎn)生的數(shù)據(jù)就會(huì)翻一番，單單依靠觀察和實(shí)驗(yàn)已難以應(yīng)付。因此，必須依靠大規(guī)模計(jì)算模擬技術(shù)，從海量信息中提取最有用的數(shù)據(jù)。
相對(duì)于生物信息學(xué)，計(jì)算生物學(xué)的層次更高。雖然兩者之間界限模糊，但生物信息學(xué)略微偏向于生物而計(jì)算生物學(xué)略微偏向計(jì)算機(jī)。生物信息學(xué)側(cè)重于數(shù)據(jù)的提取、挖掘，而計(jì)算生物學(xué)側(cè)重對(duì)數(shù)據(jù)的處理、運(yùn)用。計(jì)算生物學(xué)的最終目的不只局限于測(cè)序，而是運(yùn)用計(jì)算機(jī)的思維解決生物問(wèn)題，用計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言和數(shù)學(xué)的邏輯構(gòu)建和描述并模擬出生物世界。
計(jì)算方法
各種計(jì)算方法已開(kāi)始廣泛應(yīng)用于藥物研究，以及研發(fā)創(chuàng)新的、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的疾病靶標(biāo)和信息學(xué)分析系統(tǒng)等。同時(shí)，運(yùn)用計(jì)算生物學(xué)，科學(xué)家有望直接破譯在核酸序列中的遺傳語(yǔ)言規(guī)律，模擬生命體內(nèi)的信息流過(guò)程，從而認(rèn)識(shí)代謝、發(fā)育、進(jìn)化等一系列規(guī)律，最終為人類造福。
技術(shù)發(fā)展
20世紀(jì)80年代計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)發(fā)展，以及生物化學(xué)、分子生物學(xué)的系統(tǒng)論建立，1989年在美國(guó)召開(kāi)了生物化學(xué)系統(tǒng)論與生物數(shù)學(xué)的國(guó)際會(huì)議，討論了生物系統(tǒng)理論的計(jì)算機(jī)模型研究方法，開(kāi)創(chuàng)了計(jì)算生物學(xué)的發(fā)展，屬于早期計(jì)算系統(tǒng)生物學(xué)家的研討會(huì)；因此，后來(lái)改為國(guó)際分子系統(tǒng)生物學(xué)會(huì)議（ICMSB，參見(jiàn)第10屆會(huì)議），第11屆國(guó)際分子系統(tǒng)生物學(xué)會(huì)議在中科院-德國(guó)馬普上海計(jì)算生物學(xué)研究所成功舉辦。化學(xué)生物學(xué)、計(jì)算生物學(xué)與合成生物學(xué)，構(gòu)成系統(tǒng)生物學(xué)與系統(tǒng)生物工程學(xué)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、數(shù)學(xué)模型與工程設(shè)計(jì)的方法體系，即系統(tǒng)生物技術(shù)，帶來(lái)了21世紀(jì)系統(tǒng)生物科學(xué)的全球迅速發(fā)展時(shí)期。
重要作用
當(dāng)前，計(jì)算生物學(xué)和生物信息學(xué)在研究的方法和對(duì)象上已無(wú)顯著區(qū)別，在基因與蛋白質(zhì)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、比較基因組分析、生物系統(tǒng)模型、細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)與基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)研究、專家數(shù)據(jù)庫(kù)、生物軟件包等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
研究?jī)?nèi)容
計(jì)算生物學(xué)的研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：
1.生物序列的片段拼接。
2.序列對(duì)接。
3.基因識(shí)別。
人類長(zhǎng)達(dá)30個(gè)億脫氧核糖核酸序列中只有3%-5%是基因。闡明人體中全部基因的位置，結(jié)構(gòu)，功能，表達(dá)等，計(jì)算能力扮演了一個(gè)重要的角色，一個(gè)重要應(yīng)用就是模擬基因表達(dá)數(shù)據(jù)集。
4.種族樹(shù)的建構(gòu)。
5.蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)。
蛋白質(zhì)的很多特性，功能是和它實(shí)際的三維結(jié)構(gòu)及其相關(guān)的，任意給一段蛋白質(zhì)序列，生物學(xué)家就可以用傳統(tǒng)的生物學(xué)方法求出其結(jié)構(gòu)，但這不但成本高而且費(fèi)時(shí)，計(jì)算生物學(xué)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)工具通過(guò)序列分析可以直接得出其結(jié)構(gòu)，如，CYTO:人類T細(xì)胞中的因果蛋白質(zhì)信號(hào)網(wǎng)絡(luò)。
6.生物數(shù)據(jù)庫(kù)
生物學(xué)數(shù)據(jù)量不斷增長(zhǎng)，每14個(gè)月基因研究產(chǎn)生的數(shù)據(jù)就會(huì)翻一番，海量的數(shù)據(jù)單單依靠觀察和實(shí)驗(yàn)已無(wú)能為力
傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)這時(shí)顯示了強(qiáng)大的威力，例如CATH蛋白結(jié)構(gòu)分類數(shù)據(jù)庫(kù)，果蠅交互數(shù)據(jù)庫(kù)。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算生物學(xué)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，如對(duì)生物等效性的研究，皮膚的電阻，腰椎骨質(zhì)增生的治療，哺乳動(dòng)物的睡眠等等。
參考資料 >