新时期计算机技术在生物技术中的应用研究

姜立

【摘要】随着生物技术和计算机技术的发展，两者之间的联系也越来越紧密。生物技术的发展越来越离不开计算机的辅助和支持。同时计算机也在生物技术的发展下，不断拓展自己的研究领域和范围。这更让计算机可以为生物技术做更多人无法完成的工作，使得两者越来越更紧密结合在一起。

【关键词】生物技术；计算机；应用

【中图分类号】Q50 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）01—0046-01

进入二十一世纪以来，由于研究的深入，对知识的进一步认识和了解，许多学科之间都有了一些交叉，尤其是一些新兴学科之间的相互交叉，广泛渗透更是对科学的发展起了很大的促进作用，人们进一步提升对自然界的认识，对人类本身也有了进一步的了解。随着科学技术的不断发展，尤其是计算机技术的飞速发展，计算机在其中的应用范围也日益扩大，计算机和药学两者互相影响、互相渗透、互相结合，密不可分。

1、生物技术与信息技术的关系

信息技术和生物技术都是高新技术，二者在新经济中并非此消彼长的关系，而是相辅相成，共同推进21世纪经济的快速发展。信息技术为生物技术的发展提供强有力的计算工具。在现代生物技术发展过程中，计算机与高性能的计算技术发挥了巨大的推动作用。如今，人们越来越清醒地认识到，超级计算机在创造新品种的药物、治愈疾病以及最终使我们能够修复人类基因缺陷等方面是至关重要的，高性能计算可以为人类作出更大的贡献。生物技术推动超级计算机产业的发展。随着人类基因组计划各项任务的完成，有关核酸、蛋白质的序列和结构数据呈指数增长。面对如此巨大而复杂的数据，只有运用计算机进行数据管理、控制误差、加速分析过程，使得人类最终能够从中受益。然而要完成这些过程，并非一般的计算机力所能及，而需要具有超级计算能力的计算机。因此，生物技术的发展将对信息技术提出更高的需求，从而推动信息产业的发展。生物技术将从根本上突破计算机的物理极限。运用数学、计算机科学和生物学的各种工具，来阐明和理解大量基因组研究获得数据中所包含的生物学意义，生物学和信息学交叉、结合，从而形成了一个新的学科。生物信息学或信息生物学，它的进步所带来的效益是不可估量的。

2、计算机在生物技术中的应用分析

生物医学工程运用现代自然科学和技术科学的原理和方法，从工程学的角度研究人体的结构、功能及其相互关系以及其他生命现象。其目的是解决医学问题，即研究和开发为防病、治病以及人体功能辅助等医学应用的装置和系统。用技术科学的概念和方法来解释和描述人体各层次的成份、结构和功能，以及人体各种正常生理功能和病理状态之问的差异，这些内容形成了这个学科的基础部分。而防病、诊断、治疗及功能辅助的具体技术和设备则形成这个学科的应用部分。

2.1 计算机技术在生物信息学中的应用

生物信息学在今后的无论是生物医药科研还是开发中都具有广泛而关键的应用价值；而且，由于生物信息学是生物科学与计算科学、物理学、化学和计算机网络技术等密切结合的交叉性学科，使其具有非常强的专业性，这就使得专业的生物医药科研或开发机构自身难以胜任它们所必需的生物信息学业务，残酷的市场竞争及其所带来的市场高度专业化分工的趋势，使得专业的生物医药开发机构不可能在自身内部解决对生物信息学服务的迫切需求，学术界内的生物医药科研机构也是如此，而这种需求，仅靠那些高度分支化和学术化的分散的生物信息学科研机构是远远不能满足的。可见，在生命科学的新世纪，生物信息学综合服务将是一个非常重要的也是一个极具挑战性的领域。

2.2 计算机在微生物学中细菌生化反应上的应用

细菌学的计量检验是医学检验现代化的种重要手段。此检验技术是通过收集已确证的统计资料，并将系列生化反应试验的反应结果数值化，按照一定的数学模型进行多元分析，利计算机的运算速度和记忆能力，检验标本作出规范化的定量鉴定。实现这一计量鉴定，我采用了计算机辅助编码捡索系统（CAIS）菌科细菌系列生化反应机辅检索程序（CAE-15）、（eAE-I）输入微机。通过各项生化反应结果及增补试验结果所得的编码数经过人工查询，从计算机编程的“缩码检索手册”中直接查找指定编码的细菌概率分布和相应的补充试验。计算机在微生物中的应用，不仅节约了时间和人力，而且鉴定结果准确可靠，避免主观误。

2.3 计算机在破译遗传密码和管理基因数据方面的应用

计算机在破译遗传密码和管理基因数据方面的潜力，在加利福尼亚大学圣迭分校的生物化学教授杜利特尔及其同事的工作中得以体现。他们在年进行的工作中只通过分析计算机打印输出的数据就获得了一个重要的生物学发现。杜利特尔教授的研究小组比较了两个由计算机打印输出的蛋白质序列，发现一种与癌症发生有关的序列和一种与细胞生长有关的序列完全一样，揭示出癌基因引起了细胞的不正常生长。这一发现在没有进行过任何一实验的情况下就获得了。

2.4 计算机在创造生物的虚拟环境方面的应用

计算机还正被用于创造一个虚拟的生物环境，以便对复杂的生物网络和生态系统进行模拟。这种虚拟环境创造不同的情境，帮助研究人员产生新的假说，并在实验室里被用于检测新的农业和制药产品以及医学活体实验。在虚拟世界里，生物学家敲敲键盘就可以产生新的合成分，而在实验室经常需要几年时间才可能合成一个真正的分子。有了三维的计算机模型，研究人员可以在屏幕上将各种基因和分子进行组合，然后观察它们的相互作用情况。年，宾夕法尼亚州立大学和位于加利福尼亚拉霍亚的斯克里普斯临床研究所的研究人员，通过使用最先进的计算机首次设计了一种极有价值的合成分子。这种被命名为的化合物是在计算机屏幕上构想出来的，几家生物技术实验室正在进行该化合物的批量生产。科学家们打算通过使用新的信息时代的计算技术造出多种多样的新分子。

2.5 计算机在生物医学工程中的具体应用

生物医学工程运用现代自然科学和技术科学的原理和方法，从工程学的角度研究人体的结构、功能及其相互关系以及其他生命现象。其目的是解决医学问题，即研究和开发为防病、治病以及人体功能辅助等医学应用的装置和系统。用技术科学的概念和方法来解释和描述人体各层次的成份、结构和功能，以及人体各种正常生理功能和病理状态之间的差异，这些内容形成了这个学科的基础部分。而防病、诊断、治疗及功能辅助的具体技术和设备则形成这个学科的应用部分。

3、发展前景

计算机在生物医学工程中应用的例子还很多，并且发挥着越来越重要的作用，同时对计算机技术水平的要求也越来越高。比如在生物医学信号处理方面，普通的计算机已经很难胜任实时处理的能力，使人们转向研究处理速度更快的专门处理器件DSP芯片。在人工智能方面，往往还需要功耗更低、存储更大的微计算机。因此，生物医学工程在利用计算机的同时也促进了计算机的发展。二十一世纪是生物技术的世纪，信息生物学是自然科学中发展最迅速、最具活力和生气的领域，并且为人类带来了很大的便利与贡献。不难看出，生物计算机研制成功以后，又会带来一次革命，它将会给人类带来更多的福祉，世人将以期盼的心情等待它的出现。随着科技的发展，随着生物技术的发展，它将越来越离不开计算机。不但如此，计算机和生物技术更越来越紧密结合。将更快地促进两者的发展。

参考文献

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