新時期計算機技術在生物技術中的應用研究

姜立

【摘要】隨著生物技術和計算機技術的發展，兩者之間的聯系也越來越緊密。生物技術的發展越來越離不開計算機的輔助和支持。同時計算機也在生物技術的發展下，不斷拓展自己的研究領域和范圍。這更讓計算機可以為生物技術做更多人無法完成的工作，使得兩者越來越更緊密結合在一起。

【關鍵詞】生物技術；計算機；應用

【中圖分類號】Q50 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）01—0046-01

進入二十一世紀以來，由于研究的深入，對知識的進一步認識和了解，許多學科之間都有了一些交叉，尤其是一些新興學科之間的相互交叉，廣泛滲透更是對科學的發展起了很大的促進作用，人們進一步提升對自然界的認識，對人類本身也有了進一步的了解。隨著科學技術的不斷發展，尤其是計算機技術的飛速發展，計算機在其中的應用范圍也日益擴大，計算機和藥學兩者互相影響、互相滲透、互相結合，密不可分。

1、生物技術與信息技術的關系

信息技術和生物技術都是高新技術，二者在新經濟中并非此消彼長的關系，而是相輔相成，共同推進21世紀經濟的快速發展。信息技術為生物技術的發展提供強有力的計算工具。在現代生物技術發展過程中，計算機與高性能的計算技術發揮了巨大的推動作用。如今，人們越來越清醒地認識到，超級計算機在創造新品種的藥物、治愈疾病以及最終使我們能夠修復人類基因缺陷等方面是至關重要的，高性能計算可以為人類作出更大的貢獻。生物技術推動超級計算機產業的發展。隨著人類基因組計劃各項任務的完成，有關核酸、蛋白質的序列和結構數據呈指數增長。面對如此巨大而復雜的數據，只有運用計算機進行數據管理、控制誤差、加速分析過程，使得人類最終能夠從中受益。然而要完成這些過程，并非一般的計算機力所能及，而需要具有超級計算能力的計算機。因此，生物技術的發展將對信息技術提出更高的需求，從而推動信息產業的發展。生物技術將從根本上突破計算機的物理極限。運用數學、計算機科學和生物學的各種工具，來闡明和理解大量基因組研究獲得數據中所包含的生物學意義，生物學和信息學交叉、結合，從而形成了一個新的學科。生物信息學或信息生物學，它的進步所帶來的效益是不可估量的。

2、計算機在生物技術中的應用分析

生物醫學工程運用現代自然科學和技術科學的原理和方法，從工程學的角度研究人體的結構、功能及其相互關系以及其他生命現象。其目的是解決醫學問題，即研究和開發為防病、治病以及人體功能輔助等醫學應用的裝置和系統。用技術科學的概念和方法來解釋和描述人體各層次的成份、結構和功能，以及人體各種正常生理功能和病理狀態之問的差異，這些內容形成了這個學科的基礎部分。而防病、診斷、治療及功能輔助的具體技術和設備則形成這個學科的應用部分。

2.1 計算機技術在生物信息學中的應用

生物信息學在今后的無論是生物醫藥科研還是開發中都具有廣泛而關鍵的應用價值；而且，由于生物信息學是生物科學與計算科學、物理學、化學和計算機網絡技術等密切結合的交叉性學科，使其具有非常強的專業性，這就使得專業的生物醫藥科研或開發機構自身難以勝任它們所必需的生物信息學業務，殘酷的市場競爭及其所帶來的市場高度專業化分工的趨勢，使得專業的生物醫藥開發機構不可能在自身內部解決對生物信息學服務的迫切需求，學術界內的生物醫藥科研機構也是如此，而這種需求，僅靠那些高度分支化和學術化的分散的生物信息學科研機構是遠遠不能滿足的?？梢?，在生命科學的新世紀，生物信息學綜合服務將是一個非常重要的也是一個極具挑戰性的領域。

2.2 計算機在微生物學中細菌生化反應上的應用

細菌學的計量檢驗是醫學檢驗現代化的種重要手段。此檢驗技術是通過收集已確證的統計資料，并將系列生化反應試驗的反應結果數值化，按照一定的數學模型進行多元分析，利計算機的運算速度和記憶能力，檢驗標本作出規范化的定量鑒定。實現這一計量鑒定，我采用了計算機輔助編碼撿索系統（CAIS）菌科細菌系列生化反應機輔檢索程序（CAE-15）、（eAE-I）輸入微機。通過各項生化反應結果及增補試驗結果所得的編碼數經過人工查詢，從計算機編程的“縮碼檢索手冊”中直接查找指定編碼的細菌概率分布和相應的補充試驗。計算機在微生物中的應用，不僅節約了時間和人力，而且鑒定結果準確可靠，避免主觀誤。

2.3 計算機在破譯遺傳密碼和管理基因數據方面的應用

計算機在破譯遺傳密碼和管理基因數據方面的潛力，在加利福尼亞大學圣迭分校的生物化學教授杜利特爾及其同事的工作中得以體現。他們在年進行的工作中只通過分析計算機打印輸出的數據就獲得了一個重要的生物學發現。杜利特爾教授的研究小組比較了兩個由計算機打印輸出的蛋白質序列，發現一種與癌癥發生有關的序列和一種與細胞生長有關的序列完全一樣，揭示出癌基因引起了細胞的不正常生長。這一發現在沒有進行過任何一實驗的情況下就獲得了。

2.4 計算機在創造生物的虛擬環境方面的應用

計算機還正被用于創造一個虛擬的生物環境，以便對復雜的生物網絡和生態系統進行模擬。這種虛擬環境創造不同的情境，幫助研究人員產生新的假說，并在實驗室里被用于檢測新的農業和制藥產品以及醫學活體實驗。在虛擬世界里，生物學家敲敲鍵盤就可以產生新的合成分，而在實驗室經常需要幾年時間才可能合成一個真正的分子。有了三維的計算機模型，研究人員可以在屏幕上將各種基因和分子進行組合，然后觀察它們的相互作用情況。年，賓夕法尼亞州立大學和位于加利福尼亞拉霍亞的斯克里普斯臨床研究所的研究人員，通過使用最先進的計算機首次設計了一種極有價值的合成分子。這種被命名為的化合物是在計算機屏幕上構想出來的，幾家生物技術實驗室正在進行該化合物的批量生產?？茖W家們打算通過使用新的信息時代的計算技術造出多種多樣的新分子。

2.5 計算機在生物醫學工程中的具體應用

生物醫學工程運用現代自然科學和技術科學的原理和方法，從工程學的角度研究人體的結構、功能及其相互關系以及其他生命現象。其目的是解決醫學問題，即研究和開發為防病、治病以及人體功能輔助等醫學應用的裝置和系統。用技術科學的概念和方法來解釋和描述人體各層次的成份、結構和功能，以及人體各種正常生理功能和病理狀態之間的差異，這些內容形成了這個學科的基礎部分。而防病、診斷、治療及功能輔助的具體技術和設備則形成這個學科的應用部分。

3、發展前景

計算機在生物醫學工程中應用的例子還很多，并且發揮著越來越重要的作用，同時對計算機技術水平的要求也越來越高。比如在生物醫學信號處理方面，普通的計算機已經很難勝任實時處理的能力，使人們轉向研究處理速度更快的專門處理器件DSP芯片。在人工智能方面，往往還需要功耗更低、存儲更大的微計算機。因此，生物醫學工程在利用計算機的同時也促進了計算機的發展。二十一世紀是生物技術的世紀，信息生物學是自然科學中發展最迅速、最具活力和生氣的領域，并且為人類帶來了很大的便利與貢獻。不難看出，生物計算機研制成功以后，又會帶來一次革命，它將會給人類帶來更多的福祉，世人將以期盼的心情等待它的出現。隨著科技的發展，隨著生物技術的發展，它將越來越離不開計算機。不但如此，計算機和生物技術更越來越緊密結合。將更快地促進兩者的發展。

參考文獻

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