生物信息学在药学专业课程中的设置及教学探索:生物信息学课程

生物信息学在药学专业课程中的设置及教学探索

基因组学，生物医药等内容已经列入我国“十三五”规划纲要，作为我 国未来几年的重大科技研究领域，生物信息学在这些领域中将发挥不可或缺的作 用。生物信息学(Bioinformatics)一词由美籍学者林华安博士(HwaA.Lim)首先创造 和使用。生物信息学是多学科的交叉产物，涉及多个领域。狭义的讲，生物信息 学是对生物信息的获取、存储、分析和解释;计算生物学则是为实现上述目的而 进行的相应算法和计算机应用程序的开发。这两门学科统称为生物信息学。生物 信息学是当今生命科学和自然科学的重大前沿领域之一，同时也是21世纪自然科 学的核心领域之一[1]。当前，伴随着分子生物学技术的快速发展及后基因组时 代的到来，生物信息学除了在生物领域有重要作用，在其他领域如医学、药学、 农业、卫生等广大领域也有着巨大的影响。

药学专业是培养从事药物分析、临床药学、药物研究与开发、药物制 剂生产与管理、医药营销等方面人才的专业。该专业对于人类健康问题的解决， 是一个必须的学科专业。随着大数据时代的到来，药学领域的药物资源、临床药 学服务、新药研发等的研究也面临着海量数据的挑战，所以把生物信息学运用到 药学研究中已经是必然趋势。故本文就生物信息学设置在药学专业课程中的必要 性以及教学方法进行初步的探讨，希望能为药学专业的学生课程设置提供参考。

一、生物信息学在药学专业设置的必要性 生物信息学在生药学、药理学、药物化学等学科已经开始应用，具体 在中药材鉴别、药物机制研究、药物功能基因筛选、药物设计中已经产生了比较 好的效果[2]。

(一)生物信息学与生药学。中药材鉴定是生药学的重要内容，中医药 作为中华民族的瑰宝，中药材的质量就是中医药发展的生命。我国国土面积广阔， 中药材资源非常丰富，研究中药材资源的分布、中药材的质量优劣便成为中医药 发展的重要研究课题。生物信息学已然成为除来源鉴定、特征鉴定、理化鉴定、 显微鉴定之外的新的鉴定药材的方法。

中药材具有道地性，即药材的质量与药材的分布和地域有相关性，通过生物芯片技术可以具体分析道地药材的基因序列，用特殊标记的序列作为探针， 通过生物信息学分析鉴定药材的道地性。另外，我们可以把特殊标记的序列作为 条形码，相当于药材有了自己的身份标签，就可以查询数据库对应的种属序列， 区别该药材的真伪[3]。

组学时代的到来和系统生物学的发展、药材的序列数据的不断积累以 及研究的丰富与深入，使得我们可以从相关的数据中发现药材的进化关系和遗传 学特点，绘制系统发育树，寻找种群间的发育关系[4]。

(二)生物信息学与药理学。药物的作用机制是药物效用的核心内容， 也是药物治疗作用与不良反应的关键所在。我们可以通过药物基因组学、转录组 学、蛋白组学和代谢组学研究药物作用的关键基因和作用通路，以便阐明药物在 体内的作用机制和它们的代谢过程。如果我们进行系统的研究，必须要有生物信 息学的参与，我们才能在成千上万的核苷酸中读懂药物的作用机制。为疾病治疗 和药物发现寻找新的突破口。

生物信息学助力个性化的合理用药。生命个体存在差异，疾病的发展 也各不相同，例如药物代谢酶的效应差异会使个体产生不同疗效差异。所以，在 进行疾病治疗时，既要确保药物安全有效使用，又要达到个体化的治疗，这就需 要生物信息学为我们提供强大的数据分析与处理能力。在人类基因组计划的完成 以及大量药物作用相关基因的克隆与鉴定、单核苷酸多态性的检测与发现、大规 模基因分型技术、DNA测序技术及生物信息学的发展，为分析个体在疾病过程 中的差异，从基因水平上选择用药提供了支持。基于此，“精准医疗”已经列入我 国未来五年的科研规划。所以，在处理和解决人类有关健康问题时，必然需要生 物信息学的参与。

(三)生物信息学与药物化学。新药的发现与设计是药物化学的主要内 容之一。在新药设计中，计算机辅助药物设计越来越得到新药设计者的青睐，而 生物信息学是辅助药物设计的重要手段。受体、酶这些可以作为药物靶点的大分 子，在药物设计中，明确了靶标的三维结构，借助其空间构型直接或间接设计配 体的结构，寻找新药[5]。