新医科背景下生物信息学技术在“分子生物学”教学中的应用

“分子生物学”作为药科大学生物技术、生物科学、生物制药、生物工程等多个专业的专业必修课程之一,致力于提升本科生的学习能力,以更好地适应社会的发展需求。为实现这一目标,在课程中引入了生物信息学技术相关的教学内容。通过采用课前预习、课堂讲解、课后设计等三个环节,让学生在学习过程中能够主动吸收和接纳专业知识,将理论与实践紧密结合,以提高基础专业知识教学的效果。本文所述的实践经验对其他基础理论教学课程具有良好的借鉴与参考。

生物信息学技术与新基因的研究

0引言 新基因的克隆化无异是生物医学领域创新知识源泉的重要组成部分.这一任务,不仅是人类基因组计划(HGP)的核心内容,同时也是后基因组计划(post-HGP)的重要内容.

中药资源研究常用生物信息学技术

生物信息学的兴起和快速发展在全球取得的巨大进展和成就,为中药资源研究提供了新的研究方法技术和思路,并且极大地推动了中药资源的研究和产业发展。综述中药资源研究常用的生物信息学技术,以期为中药资源研究提供基础信息和方法。

基于机器学习算法和生物信息学技术构建的肺癌与肺结核鉴别诊断模型及其初步评价

目的采用机器学习算法结合生物信息学构建肺癌与肺结核鉴别诊断模型,并对其诊断准确度进行初步评价。方法通过GEO数据库筛选并下载肺癌与肺结核数据集GSE42834,运用R软件的limma包筛选肺癌与肺结核差异表达基因(DEGs),对筛选出的DEGs进行GO生物过程和KEGG作用通路分析。使用STRING工具和Cytscape软件构建蛋白质相互作用网络(PPI),筛选肺癌与肺结核核心DEGs并使用t检验验证;将筛选出的核心DEGs输入R软件caret包,使用留一交叉验证法(LOOCV)结合8种机器学习算法构建肺癌与肺结核的鉴别诊断模型,包括支持向量机(SVM)、自适应提升算法(Ada Boost)、C5.0决策树(C5.0)、随机森林(RF)、朴素贝叶斯(NB)、神经网络(NN)、线性判别分析(LDA)及逻辑回归(LR)模型,筛选模型的最优参数。使用Bootstrap法对模型进行内部验证,采用准确率、Kappa值、敏感度及特异度初步评价鉴别诊断模型的诊断准确度。结果GSE42834数据集中共筛选出325个DEGs,其中上调基因205个,下调基因120个。GO生物过程分析结果显示,肺癌与肺结核DEGs主要富集的生物过程为对病毒的反应、对病毒的防御反应、干扰素γ反应等;KEGG作用通路分析结果显示,肺癌与肺结核DEGs主要富集的作用通路为甲型流感、EB病毒感染、抗原处理和呈递等。PPI网络显示,具有最高连通性的前10个核心DEGs分别为STAT1、CXCL10、MX1、ISG15、IFIH1、OASL、IFIT3、GBP1、IFI44和IFIT1,经验证10个核心DEGs在肺癌患者中的表达水平均低于肺结核患者(P均<0.05)。8种肺癌与肺结核鉴别诊断模型的最优参数分别为SVM(Sigma=0.157,C=0.25)、Ada Boost(nIter=50,method=Real adaboost)、C5.0(trials=10,model=rules,winnow=TRUE)、RF(mtry=2)、NB(laplace=0,usekernel=FALSE,adjust=1)、NN(size=1,decay=0.1)、LDA(dimen=1)、LR(NA);内部验证结果显示,所有鉴别诊断模型准确率、Kappa值、灵敏度及特异度均较高,其中Ada Boost、RF、NN和LR准确率为1.000。结论通过机器学习算法结合生物信息学方法建立了8个肺癌与肺结核早期鉴别诊断模型,其中Ada-Boost、RF、NN和LR准确性较高,具有良好的鉴别诊断能力。

生物信息学技术预警番泻叶用于乳腺癌便秘患者的用药风险

目的基于生物信息学技术,探讨番泻叶对于乳腺癌便秘患者的可能作用机制及潜在不良反应,预警相关用药风险,为临床合理用药研究提供参考。方法采用生物信息学技术,从高通量基因表达数据库中下载基因表达谱数据芯片GSE85871,筛选番泻叶泻下主要成分番泻苷A干预人乳腺癌细胞MCF7后的差异表达基因,并对其进行基因本体论数据库功能注释、京都基因与基因组百科全书数据库通路富集分析、蛋白网络互作分析。结果番泻叶应用于乳腺癌便秘患者时可能导致结肠黑变病,伴随中枢性食欲减弱及细胞间信息传递、糖代谢、炎症反应、心肌收缩和情绪异常,可能影响乳腺癌的发生与发展。结论应用番泻叶时应密切关注该类患者的消化、神经、免疫、心血管系统及糖代谢相关机体状态,并在使用过程中持续关注患者原患疾病乳腺癌的发展情况。

基于生物信息学技术的中药治疗代谢相关脂肪性肝病的用药规律及其机制研究

目的分析中药治疗代谢相关脂肪性肝病(MAFLD)的主要证型、用药规律和核心处方特征,预测核心药方抗MAFLD作用机理,为中医药临床应用及新药研发提供参考。方法检索中国知网、维普、万方数据库自建库至2022年7月关于中医药治疗MAFLD的期刊文献;运用Excel 2019及中医传承计算平台(V3.0)对有效处方进行频数分析、关联规则分析及聚类分析,通过网络药理学方法预测核心药方抗MAFLD关键成分、靶点及作用通路;最后,通过分子对接技术对关键成分与核心靶点进行反向验证。结果共筛选出文献218篇,涉及方剂352首,中药270味,药物使用总频次3901次,共收集病例10915例,其中男性患病率更高;中医证型主要包括痰瘀互结证、肝郁脾虚证和肝胆湿热证,其中山楂、丹参、茯苓、泽泻、柴胡和白术使用频次最高;四气以寒、温为主;五味以苦、甘为主;主要归脾、肝经;功效以健脾补虚、利水渗湿、活血化瘀和清热为主。关联规则运算得到核心药对及组合20个,聚类分析获得核心药方3组。网络药理学研究表明,核心药方“山楂-丹参-泽泻-柴胡-茯苓”治疗MAFLD主要成分为槲皮素、芹菜素、葛根素、木犀草素、熊果酸、山柰酚、丹参酮IIA、大黄素、丹皮酚等,涉及丝氨酸/苏氨酸激酶1(AKT1)、肿瘤蛋白p53基因(TP53)、白细胞介素(IL)-6、IL-1β、信号转导及转录激活因子3(STAT3)、表皮生长因子受体(EGFR)、过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARG)等关键靶点;分子对接实验显示其可能通过调节脂质与动脉粥样硬化、磷脂酰肌醇-3-羟激酶-蛋白激酶B(PI3K-AKT)等信号通路相关靶点发挥作用。结论中医治疗MAFLD的原则以“疏肝健脾、化痰祛湿、清热利湿、活血化瘀”为主,核心药方可能通过多成分、多靶点、多条信号通路介导产生抗MAFLD效应。本研究为中医药治疗MAFLD临床用药提供了理论依据,为进一步挖掘抗MAFLD新药提供了参考。

基于流式细胞术和生物信息学技术的AML患者骨髓细胞代谢分析研究

目的:探讨急性髓细胞白血病(acute myeloid leukemia,AML)患者骨髓细胞中的细胞类型分布和代谢情况,从代谢相关基因的表达水平角度对AML患者和健康者骨髓细胞的代谢特征进行对比分析。方法:使用流式细胞分析仪对AML患者的骨髓进行流式细胞分析,从美国国立生物技术信息中心数据库获取健康者和AML患者骨髓细胞的表达谱数据,应用t-分布邻域嵌入(t-distributed stochastic neighbor embedding,t-SNE)算法、统一流形逼近与投影(uniform manifold approximation and projection,UMAP)算法和基于快速傅里叶变换加速插值的t-SNE(about fast Fourier transform-accelerated interpolation-based t-SNE,Flt-SNE)算法3种生物信息学方法对流式数据进行降维分析,并使用SeqGeq^(TM)测序软件分析代谢相关基因的表达情况。结果:t-SNE算法、UMAP算法和Flt-SNE算法可将AML患者的骨髓细胞分为淋巴细胞、单核细胞、粒细胞和AML细胞4个类群。与健康者相比,AML患者的醛缩酶B(ALDOB)、异柠檬酸脱氢酶(IDH)、苹果酸脱氢酶2(MDH2)和琥珀酸脱氢酶B(SDHB)等糖代谢相关基因的表达水平偏高,脂代谢相关基因脂蛋白脂肪酶(LPL)、髓过氧化物酶(MPO)和视黄酸受体α(RARA)的表达水平明显偏低,肿瘤相关基因RET的表达水平偏高。结论:流式细胞术结合生物信息学技术可以很好地识别AML患者骨髓细胞的类群,揭示AML患者和健康者骨髓细胞的代谢相关基因表达水平的差异,为探索AML发病机制和研发以代谢为靶点的相关药物奠定基础。

生物信息学技术在病原生物学中的应用分析

从生物信息学技术以及病原生物学的角度出发,对生物信息学技术在病原生物学中的详细应用进行介绍,从教学层面提出生物信息学技术在病原生物学中的应用对策,以期为有关部门、人员提供可靠参考。

基于临床生物信息学技术的慢阻肺危险因素、病因与发病机制研究

"十三五"国家重点研发项目"基于临床生物信息学技术的慢阻肺危险因素、病因与发病机制研究"(2016YFC 1304000)通过了国家验收.项目牵头单位为温州医科大学附属第一医院,项目负责人为陈成水教授.项目取得的系列成果在慢阻肺临床进程研究等方面得到应用.

OBE理念下基因组学与生物信息学分析技术教学改革探索

基因组学与生物信息学分析技术是一门多学科交叉的工具类课程,致力于培养学生获取、分析和利用生物信息数据的能力。文章将成果导向型教学(OBE)理念应用在基础医学专业基因组学与生物信息学分析技术课程教学改革中,在OBE理念指导下进行了课程的重新设计和实施,并对教学改革的实施效果进行了调研。

基于生物信息学技术探讨灯盏乙素作用的分子机制

目的探讨灯盏乙素治疗心脑血管疾病以及抗病毒的分子机制。方法利用Pharm Mapper数据库计算灯盏乙素在人体内的作用靶点;以R语言为工具,使用基因本体论数据库(GO)和京都基因与基因组数据库(KEGG)探讨灯盏乙素的作用通路;通过String数据库预测蛋白与蛋白之间的作用关系;通过Cytoscape软件(3.7.2)将灯盏乙素-靶点以及靶点-靶点之间的相互作用关系可视化,使用分子对接的方法明确灯盏乙素与其核心靶点AKT1结合的关键氨基酸。结果通过生物信息学分析发现灯盏乙素在体内的作用靶点有300个,其主要是通过丝氨酸/苏氨酸激酶(PI3K/Akt)信号通路、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路、Ras信号通路、叉头转录因子(FoxO)通路发挥作用;进一步分析得到了27个关键靶点,主要包括AKT1、SRC、PTPN11、HSP90AA1、ESR1、RHOA等;分子对接结果显示灯盏乙素与其核心靶点AKT1结合的关键氨基酸分别是295位亮氨酸(LEU295),293位苯丙氨酸(PHE293),279位天冬酰胺(ASN279)。结论AKT1是灯盏乙素作用的核心靶点,其相互作用的关键氨基酸有潜力作为药物设计的靶点。

分析生物信息学技术在细菌毒力基因研究中的前景及意义

人们为了解开生命之谜,需要在海量的生物学数据中寻找生物学的规律。因此,一个强有力的辅助工具是十分必要的。而生物信息学技术涵盖了生物学,数学,计算机,网络信息技术,在人类基因组的破译,新药研发,疫苗设计,以及治疗性抗体人源化等领域,发挥出了极其重要的作用,促进了基础生物学的研究与临床医疗实践。在细菌毒力基因的研究中,应用生物信息学技术,也极大的推动了独立基因研究的进程。对于细菌毒力基因的研究工作具有极其重要的意义。本文针对生物信息学技术,在细菌毒力基因研究中应用的意义及前景进行了探讨,希望对于细菌的毒力基因组研究工作能够有所帮助并提供借鉴。

卵巢浆液性囊腺癌化疗耐药和化疗敏感组织中的miRNAs差异表达谱检测及生物信息学分析

目的:寻找卵巢浆液性囊腺癌化疗耐药及化疗敏感组织中microRNA的差异表达,为研究上皮性卵巢癌化疗耐药产生的分子机制及逆转其化疗耐药提供理论基础和依据。方法:首先,应用microRNA表达谱基因芯片寻找卵巢浆液性囊腺癌化疗耐药及化疗敏感组织中差异表达的microRNAs;其次,选取部分差异表达的microRNAs应用RT-PCR实验检测技术在扩大的组织样本中进行验证;最后,运用生物信息学技术对符合要求的microRNAs进行相关生物信息学分析。结果:在microRNA表达谱基因芯片中筛选出与卵巢浆液性囊腺癌化疗耐药相关的miR-27a-3p、miR-141-3p、miR-200b-3p等17个表达上调的miRNAs和miR-93-3p、miR-497-5p、miR-675-3p等15个表达下调的miRNAs。上调miRNAs预测的靶基因GO(BP模块)分析结果显示凋亡信号通路、Notch信号通路和凋亡过程,KEGG Pathway分析结果显示Wnt信号通路、PI3K-Akt信号通路和Erb B信号通路可能与化疗耐药存在相关性。下调miRNAs预测的靶基因GO(BP模块)分析结果显示负调控凋亡过程、Wnt信号通路生物学过程,KEGG Pathway分析结果显示PI3K-Akt信号通路、细胞循环可能与化疗耐药存在相关性。结论:MicroRNA表达谱基因芯片及生物信息学技术能为研究上皮性卵巢癌化疗耐药产生机制提供新的思路。miR-27a-3p、miR-141-3p、miR-200b-3p、miR-93-3p、miR-497-5p、miR-675-3p可能分别通过调控靶基因PRKCB、MAP2K4、PAK2、PRKAA1、CCNE1、IGF1R参与卵巢浆液性囊腺癌化疗耐药。

HLA-G基因转录因子的生物信息学分析

目的分析人白细胞抗原-G(HLA-G)基因的转录调控因子。方法利用生物信息学技术,从UCSC基因组数据库获取HLA-G基因的启动子区序列,登陆JASPAR数据库,在线预测HLA-G基因的转录调控因子,将得分阈值设定为≥95%并对涉及的转录因子进行分析。结果成功获得了长度为2 kb的HLA-G基因启动子区序列。该启动子区涉及11个家族22种转录因子,其中8个转录因子家族的生物学功能涉及胚胎发育,4个转录因子家族的生物学功能涉及免疫阻遏、免疫耐受。结论 HLA-G基因的表达调控是多种转录因子作用的复杂网络过程。HLA-G转录因子在调控胚胎发育、诱导免疫耐受等过程中具有重要作用。

生物信息学分析CysC特异性肽段及质谱验证

目的用生物信息学技术分析半胱氨酸蛋白酶抑制剂C(Cys C)的特异性肽段及其性质,并用质谱技术验证预测结果。方法用在线软件工具分析胰蛋白酶水解Cys C产生的肽段和同源性,预测特异性肽段质谱扫描离子化碎片信息;对人工合成的特异性多肽样品进行母离子扫描和子离子扫描,人重组Cys C和血清样品经胰蛋白酶水解后分析质谱,比较分析结果与预测结果。结果选择T3(ALDFAVGEYNK)肽段作为Cys C的特异性肽段,用串联质谱对T3样品[M+2H]^(2+)进行子离子扫描,几乎可发现Skyline软件预测的所有b离子和y离子。人重组Cys C和血清样品经胰蛋白酶水解出的肽段与T3*在同一时间出峰。结论用生物信息学技术快速准确地筛选出了Cys C特异性肽段并准确预测该肽段质谱扫描离子化碎片。

新时期我国农业信息技术发展方向

文中分析了我国农业信息技术的发展现状及发展趋势 ,提出了 2 1世纪初期我国农业信息技术应优先发展的领域 :农业信息资源数据库建设和应用技术 ,科技信息的电子化传播技术 ,农业生物信息学技术 ,精确农业支持技术 ,高附加值农产品的生产管理和市场信息化技术 ,农业多媒体制作技术和声象技术 ,“信息落地”

幽门螺杆菌oipA基因的克隆及其生物信息学分析

目的:克隆幽门螺杆菌(Helicobacterprlori,Hpylori)前炎症外膜蛋白基因oipA,并对其进行生物信息学分析.方法:利用GenBank已公布序列设计引物,用PCK进行扩增后,酶切,连入载体pGEX-5X-1,并进行序列测定.用数据库Blast,NCBICDD,Swiss—model,Propred以及生物学软件Omigav2.0和Antheprotv5.0分析其生物学特性.结果:克隆片段与GenBank公布序列完全一致.经Blast比对未发现与oipA同源的其他种属基因,通过NCBICDD未找到已知保守区域和oipA编码氨基酸序列相关.应用Omigav2.0,Antheprotv5.0软件预测显示该蛋白具有良好的疏水性和抗原性,将该分析结果和Propred结果比对得到预测的抗原表位.结论:应用生物信息学技术,对幽门螺杆菌基因oipA进行分析,将为Hpylori与相关致病发生机制研究,Hpy-lori疫苗的开发等工作奠定一定基础.

基于生物信息学挖掘糖尿病心肌病表达谱芯片

目的基于生物信息学技术挖掘糖尿病心肌病(DC)相关差异表达基因及其功能。方法应用生物信息学方法分析基因表达谱数据集GSE4547。结果挖掘原始芯片数据,筛选到79个差异表达基因。基于基因本体论功能注释和相关通路分析,以及通过构建差异共表达基因蛋白质互作网络及模块分析后,最终获得Hk2、Col1a2、Col1a1、Col3a1、Slc2a1、Cpt1a、Slc2a4、Cd36、Ucp3、Pdk4 10个关键基因为链脲佐菌素诱导DC的关键基因。结论最终获得的10个关键基因可能成为未来治疗糖尿病心肌病的潜在治疗靶点,为今后探究与DC相关基因和信号通路的功能变化提供新的视角和导向。