第24卷 第1期2000年2月
浙 江 中 医 学 院 学 报
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试论生物信息学在生命科学中的意义
张 立 人
(浙江中医学院生化教研室 杭州 310009)
摘要 介绍了生物技术如生物芯片技术、二维凝胶电泳和测序质谱技术在生命科学研究中的作用。提出中医药学应当运用
生物信息学及其相关技术,来研究中医药中的重大问题,应当聚集各方人才广泛合作来推动中医药研究水平的提高。 关键词 生物信息学 DNA蛋白质 测序基因组 中医药 由于分子生物学的突破性成就,
使生命科学在自
然科学中地位变得越来越重要。生命科学因其研究对象的复杂性和重要性,人类需求的紧迫性,将可能成为21世纪新的科学革命的中心。即将完成“人类基因组”计划,这是人类自然科学史上的重要里程碑,可以预言“基因组计划”的完成将为生命科学重大规律的发现奠定基础,必将导致生命科学研究的重大突破。
基因是遗传的基本单位。它决定了生物的性状以及生物的生长与发育,基因与疾病以及生理特征之间有着极密切的关系。“人类基因组计划”的目标就是要阐明人类基因的全部序列,从整体上破译人类遗传信息,从而使人类可以第一次从分子水平上全面认识自身。它将包含10万个基因、30亿个碱基对。
“人类基因组”的研究,已从“结构基因组”阶段进入“功能基因组”阶段,将会产生出巨大的社会效益和经济效益。然而,“后基因组”时代的研究则将进一步阐明基因组的生物学功能,而生物信息学将在这一研究中发挥重大作用。
生物信息学是把基因组DNA序列信息分析作为源头,在获得了蛋白质编码区的信息后,进行蛋白质空间结构的预测和模拟,然后依据特定蛋白质的功能进行必要的药物设计。就是说,生物信息学的主要任务是组织和分析生物学数据,而生物学数据的分析离不开计算机算法的运用。因此,可以说生物信息学是一门集生命科学、计算机科学、数学、物理学为一身的多学科交叉的前沿学科。
生物信息学的主要研究对象是序列,即一维的分子排列顺序所分析,包括DNA分子碱基序列和编码蛋白质的氨基酸序列。DNA序列分析的主要任务是基因识别和发现某些功能区(如启动子、增强子等),DNA序列研究的最终目的是说明遗传语言的语法和语法规则,从而最终读懂DNA序列。蛋白质的结构预测研究始终是生物信息学的核心内容之一,顺序所隐藏的信息来预测蛋白质的高级结构,而蛋白质结构研究的最终目标是阐明肽链的折叠规律,即所谓破译“第二套生物学密码”。
“基因组计划”积累了大量生物信息。而生物信息学的任务就是挖掘和利用这些信息,从众多生命信息中发现统一的,本质的,有用的规律。而这些规律必将促进生命科学,如结构生物学,生物技术,药物设计,分子进化等研究工作的进展。
所以,生物信息学将在“后基因组”的时代,发挥极其重要的作用,这将有助于全部读懂人类基因组的全部信息,有助于揭示基因组物质结构的复杂性,有助于生命起源和生物进化问题的最终解决,有助于识别与鉴定人类特定疾病的相关基因,有助于药物设计理论和方法的改进和提高。
生物信息学的重要性,对于我们中医药界应该是很有意义的。这是因为我们可以利用生物信息学来深入研究中医药的有关问题。
生物信息学研究所需的投资有限却可以做出高水平的工作。当然,分子生物学数据库是开展生物信息学研究的重要工具。目前,国际上分子生物学数据库发展极快,并且这些数据库大部分是开放的,是免费提供各国科学家使用的。关键在于组织多学科研究人员的共同参与。我们应该由中医、中药、生物、生理、药学等各类人员来参与生物信息学的研究、发挥综合优势、挖掘潜力、充分利用人类基因组数据库中已有的大量信息,开展富有中医药特色的研究,就可能取得突破,做出高水平的工作。
再则,我们应该注意当前生物技术在生命科学研究中的趋势。目前,国际科学界在核酸和蛋白质两个层次上都发展了从事生物学研究的新的技术手段,在核酸层次上的新技术是DNA芯片技术。在蛋白质层次上是二维凝胶电泳和测序的质谱技术。DNA芯片技术可以对不同组织来源、不同细胞类型、不同生理状态的基因表达进行监测,从而获得基因表达的功能谱。DNA芯片技术还可以运用于,,
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第24卷 第1期2000年2月
腑病证动物模型研究
郑小伟
(浙江中医学院 杭州 310009)
摘要 腑病证动物模型主要有胃实寒证、胃实热证、大肠湿热证、肠热腑实证和膀胱湿热证等动物模型的研究。这类研究为腑病学说的研究开辟了一条新路。今后在模型方法的设计上应尽可能靠近中医传统病因,在症状诊断上要制定符合动物特性的统一的腑病证诊断标准,在客观指标的确定上应根据中医理论选择与腑病学说相关性更高、特异性更强的实验指标,在反证
方药的选择上应力求标准化。
关键词 腑病证 动物模型 中医基础研究 中医六腑以传化饮食和水液为主要功能,
以“泻
而不藏”为其生理特点。腑病学说是中医理论体系的一个主要组成部分,为阐明机体的某些生理活动、病理机制和临床辨证施治提供理论依据。六腑病证动物模型的研制起步较晚,研究较少,本文就该病证动物模型研究现状作一概述。1 胃实寒证动物模型
胃是机体对饮食物进行消化、吸收的主要脏器,其生理功能为主受纳、腐熟水谷;主通降,以降为和。黎敬波等将wistar大鼠30只随机分为空白组、单纯溃疡组和胃实寒证组3组。麻醉下采用20%醋酸微量注射法造模,胃实寒证组灌饲冰水每千克体重20ml,每日2次;空白及单纯溃疡组灌饲生理盐水每千克体重20ml,每日2次。第7天开始检测穴区辐射热、PH值及氧分压。实验研究发现,空白对照组左右穴区的热辐射差值、PH差值及氧分压差值均较小,而胃实寒证及单纯溃疡大鼠差异较明显,相关穴区的辐射热左右差值为空白对照组的5～7倍,PH值差值为4～9倍,氧分压差值为2～8倍。模型组大鼠经穴的左右失衡主要表现在胃经的后三里及俞穴脾俞、募穴中脘,与尺泽、太渊、肺俞比较,差异均有显著意义。提示经穴信息诊断具有病位的特异性。通过同步检测还发现,胃实寒证组中脘穴区温度降低的同时,PH值及氧分压值也降低,说明胃实寒证大鼠中脘穴区局部组织表现为代谢减弱。提示经穴局部的异常改变与腑脏功能状态(证候性质)有关[1]。
二维疑胶电泳和测序质谱技术则是在蛋白质水平上监测基因表达的功能谱,即监测蛋白质产物的功能谱。
生物芯片技术将促进生命科学发生革命性变革,由于它在临床医学、药学、农业、环境等领域的广泛应用,人们预计生物芯片技术将在21世纪可能发展成为一个新兴产业。
,2 胃实热证动物模型
胃实热证是指胃中火热炽盛,胃失和降所表现的实热证候。黎氏等以30只wistar大鼠为研究对象,按体重分层,随机区组设计,分为空白、单纯溃疡和胃溃疡胃实热证3组。麻醉下采用20%醋酸微量注射法造模,胃实热证组灌饲辣椒汁、白酒混合液每千克体重20ml(相当于干辣椒粉0.1g/ml,50度白酒0.17ml/ml),每日2次;空白及单纯溃疡组灌饲生理盐水每千克体重20ml,每日2次。第7天开始检测穴区辐射热、PH值及氧分压。研究结果表现:胃实热组、单纯溃疡组大鼠脾俞、后三里左右温差升高,与空白对照组比较,差异有显著性意义;胃实热组大鼠中脘穴温度升高,与单纯溃疡组比较,差异有显著性意义。胃实热组及单纯溃疡组与空白对照组比较,脾俞及后三里左右PH差值增大,与单纯溃疡组比较差异显著。胃实热组后三里、太渊,单纯溃疡组脾俞、后三里与空白对照组比较,氧分压差值增大,差异显著[1]。
3 大肠湿热证动物模型
大肠湿热证是指由于湿热侵犯肠道,传导失职,表现为以泄泻下痢为主的证候。延自强将实验猕猴随机分为对照组和针灸治疗组。两组动物于上午空腹状态下,从笼中抓出,以铁链将头部、四肢捆缚于一端有半圆缺口的固定板上,使头部可以充分后仰,仰卧位。在喉镜监护下,用小儿导尿管鼻饲。先以10g/NaHCO3溶液按每千克体重4ml灌胃5min后,因,运用高新科技是不多的。值此世纪之交,我们中医药科技工作者,应该大力加强生命科学与生物技术的研究,团结广大的中医药人才,并且集分子、细胞、发育、遗传病理、信息等科学为一体,多层次、网络化的开展研究,为使我国中医药事业,能处于国际前沿水平而不懈努力。
(收稿日期 1999-10-12)