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生物信息学在药物设计中的应用
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摘要:生物信息学是在数学、计算机和生命科学的基础上形成的一门新型交叉学科,是指为理解各种数据的生物学意义,运用数学、计算机科学与生物学手段进行生物信息的收集、加工、储存、传播、分析与解析的科学。随着生物信息学的发展,其在药物开发中起着越来越重要的作用。本文简要的综述了生物信息学在药物设计中的应用。
关键词:生物信息学;药物设计;靶标
1 生物信息学

自1990年人类基因组计划正式启动以来,其迅猛发展造成了生物学数据的迅速膨胀,大量多样化生物学数据蕴含着大量生物学规律,这些规律是解决许多生命之谜的关键所在。因此人们对生物学数据搜集、管理、处理、分析、释读能力的要求迅速提升,计算机技术也越来越多地应用于处理人类基因组研究产生的海量数据及相关生物信息。一门由生物学、计算机科学及应用数学等学科交叉形成的新兴学科——生物信息学应运而生。生物信息学利用计算机科学技术,结合生物学、数学、物理学、化学、信息学和系统科学等理论和方法,通过高容量的数据库、繁多的搜索系统、快速的网络通讯和分析工具对生物信息资源进行收集、存储、分析、利用、共享、服务、研究与开发。
其研究重点主要体现在基因组学和蛋白组学两方面。具体说,是从核酸和蛋白质序列出发,分析序列中表达的结构与功能的生物信息。目前基因组学的研究出现了几个重心的转移:一是将已知基因的序列与功能联系在一起的功能基因组学研究;二是从作图为基础的基因分离转向以序列为基础的基因分离;三是从研究疾病的起因转向探索发病机理;四是从疾病诊断转向疾病易感性研究。生物芯片(Biochip)的应用将为上述研究提供最基本和必要的信息及依据,将成为基因组信息学研究的主要技术支撑。生物信息学的发展为生命科学的进一步突破及药物研制过程革命性的变革提供了契机。就人类基因组来说,得到序列仅仅是第一步,后一步的工作是所谓后基因组时代的任务,即收集、整理、检索和分析序列中表达的蛋白质结构与功能的信息,找出规律。

前基因组时代(20世纪90年代前):这一阶段主要是各种序列比较算法的建立、生物数据库的建立、检索工具的开发以及DNA和蛋白质序列分析等。
基因组时代(20世纪90年代后至2001年):这一阶段主要是大规模的基因组测序,基因识别和发现,网络数据库系统地建立和交互界面工具的开发等。
后基因组时代(2001至今):随着人类基因组测序工作的完成,各种模式生物基因组测序的完成,目前生物科学的发展已经进入了后基因组时代,基因组学研究的重心由基因组的结构向基因的功能转移。这种转移的一个重要标志是产生了功能基因组学,而基因组学的前期工作相应地被称为结构基因组学。[1]

生物信息学的研究对象主要是核酸和蛋白质的序列、结构和功能信息。但在新药研发中,药物在生物体内发挥生物效应是通过小分子与生物大分子之间的相互作用实现的。生物信息学在药物研发中的意义在于找到病理过程中关键性的分子靶标、阐明其结构和功能关系,从而指导设计能激活或阻断生物大分子发挥其生物功能的治疗性药物,使药物研发之路从过去的偶然和盲目中找到正确的研发方向。
2 在药物研发中的应用

药物研发是一个不断推陈出新的过程,全球每年推出约50种新药,每种均针对