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生物信息学在医学基础研究中的应用
介绍生物信息学的概念及其在医学基础研究中的应用,包括发现新基因、基因诊断、功能基因组学、基因芯片分析、蛋白质鉴定、代谢物组学研究以及新药开发等.
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生物信息学中模式识别技术应用与发展
评述生物信息学研究中常见的模式识别技术,主要包括人工神经网络(ANN)、聚类分析法(CA)、主元分析法(PCA)和隐马尔可夫模型(HMM)等,并分析生物信息科学研究中模式识别技术的发展与要求.
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基于SCI-E的我国生物信息学领域论文产出分析
采用文献计量学方法,以SCI-EXPANDED为数据来源,收集2003-2012年生物信息学论文,统计论文发表年度、来源期刊、论文作者、被引频次、发文机构、发文地区以及学科领域,以揭示我国生物信息学研究现状和发展趋势.
关键词： 生物信息学 文献计量学 SCI-Expanded 研究热点 -
大数据时代的转化生物医学信息学
转化生物医学信息学是生物信息学、医学信息学与转化医学多学科融合的新型学科,讨论该学科的兴起、学科生态,指出充分的数据共享是基础、完备的基因型-临床袁型数据是核心、解决复杂疾病的精准预测问题是关键,深入分析该学科的内涵及大数据背景下发展趋势.
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生物信息学的兴起及展望
本文以人类基因组计划HGP为基础，阐述医学信息学与HGP的交叉点，一门新兴的学科--生物信息学的兴起，并论述了这门学科的性质及意义，后讨论了生物序列数据库的新进展。
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miR-126信号在神经干细胞向胆碱能神经元分化过程中的作用
目的 探讨miR-126信号在脊髓源性神经干细胞定向分化为胆碱能神经元过程中的作用.方法 采用神经干细胞球形成方法培养获得纯化的脊髓源性神经干细胞,添加诱导因子,诱导分化为胆碱能神经元,定量检测分化前后miR-126的表达变化.采用生物信息学方法,分析miR-126的靶基因和转录因子结合位点.结果 miR-126的表达在分化后的胆碱能神经元较未分化的神经干细胞明显增高.MiR-126作用的靶基因的作用包括蛋白结合、磷酸化修饰、神经发育、突触发育、细胞迁移、粘附等.miR-126含有3个潜在的转录因子结合位点.结论 本文提示miR-126信号在神经干细胞向胆碱能神经元分化过程中具有调节作用.
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基于GEO数据库对骨关节炎滑膜差异基因的筛选及生物信息学分析
目的:利用生物信息学对骨关节炎与正常关节滑膜间差异基因进行分析,探索骨关节炎的发病机制.方法:从GEO数据库下载关节滑膜基因芯片数据库,利用GEO2R筛选出差异基因,DAVID 6.7数据库对差异基因进行功能GO分析及KEGG信号通路分析,String-db数据库构建蛋白之间的相互作用网络图(PPI),并采用Cytoscape 3.6.1软件获取关键靶基因.结果:GEO2R共筛选出差异基因490个,包含上调基因61个,下调基因429个,其主要涉及细胞分化、细胞生长、骨骼肌器官发育、cAMP反应等生理过程,且主要富集在细胞外基质受体互作、近端肾小管重吸收碳酸氢盐、胃酸分泌、催产素、环磷酸腺苷/蛋白激酶G、脂肪细胞因子信号通路中.从PPI网络中共获取13个关键靶基因,包含FOS、SMARCA4、SOCS3、LEP、FBXO32、MYOD1、TRIM63、SMARCA2、CALB1、MAPK12、ADIPOQ、TTN、EGR1.结论:利用生物信息学从不同角度揭示骨关节炎与正常关节滑膜间差异基因潜在特征,为骨关节炎的治疗提供新的思路.
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噬菌体基因组PaP1的鸟枪法测序及其生物信息学分析
目的对分离的铜绿假单胞菌噬菌体PaP1进行全基因组测序,并进行初步的生物信息学分析,为噬菌体的改造及其治疗奠定基础.方法采用鸟枪法随机测序和重叠群组装的策略对PaP1进行基因组测序,并通过EditSeq、开放读码框架(ORF)finder、GeneMarkTM、BPROM、FindTerm、Palindromes、Equicktandem及FAStRNA等软件对所获得的基因组序列的一般特征、蛋白质同源性序列及tRNA基因等进行分析和预测.结果PaP1基因组约为90000 bp,其中大重叠群为28 249bp.在已获得序列中预测出120个ORFs、41个推定基因及9个簇集在5'末端的tRNA基因.在41个推定基因中,预测出编码DNA末端酶大亚单位、DNA解旋酶B亚单位、肽聚糖结合蛋白及3个尾丝蛋白等6个基因的功能.结论鸟枪法只能测出噬菌体基因组PaP1的部分序列,重复序列的存在是该基因组测序困难的原因.
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下咽癌中基因功能模块及潜在抗癌药物的筛选
目的：筛选下咽癌中发挥重要作用的基因功能模块和调节这些模块的潜在抗癌药物，为下咽癌的分子治疗提供新靶点。方法利用 GEO 数据库和 MeV 软件筛选下咽癌中差异表达的基因。利用 STRING 数据库，获得差异基因的蛋白质互作网络关系，然后利用 Cystoscape 软件的 MCODE 插件筛选网络中的基因模块。利用 DAVID 数据库获得基因模块的生物学功能。后，利用 DrugBank 数据库筛选调控这些模块的药物以筛选潜在的抗下咽癌药物。结果在鼻咽癌基因组中，我们共筛选出差异表达基因1222个（P ＜0．05），蛋白质互作关系219对，互作网络中的基因模块7个（MCODE 分数大于1．5）。功能分析的结果显示5个基因模块参与了肿瘤发生发展相关的重要功能，如血管生成（regulation of angiogenesis）、细胞黏附（cell adhesion）、DNA 代谢（DNA metabolic process）等（P ＜0．05）。药物筛选的结果显示共有50个药物能够调控这5个基因模块。结论共有5个基因模块调控下咽癌，并可能通过调控肿瘤血管生成、细胞黏附等生物学功能来发挥促下咽癌作用。它们的靶向药物可能有潜在的抗癌作用，为下咽癌的分子治疗提供新的靶点。
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大鼠心肌细胞缺氧后 miR-133a-3p 的表达及其下游靶基因预测
目的：检测大鼠心肌细胞缺氧后微小 RNA（miRNA，miR）-133a-3p 的表达，并预测其潜在靶基因和进行初步验证。方法分离培养 SD 大鼠乳鼠心肌细胞，给予缺氧（37℃，5％CO2，1％O2）0 h、4 h、8 h、12 h、16 h、20 h 和24 h，采用 qRT-PCR 检测其在上述不同时间点的 miRNA-133a-3p 的表达水平，运用 miRanda、picTar 和 tergetScan 等靶基因预测分析软件及其他生物信息学方法，筛选 miR-133a-3p 潜在调控的靶基因，并对关键候选基因采用 qRT-PCR 和 Western blot 进行初步验证。结果大鼠心肌细胞中miRNA-133a-3p 的表达在缺氧4 h 出现高表达，与其他缺氧时间比较差异有统计学意义（P ＝0．000）；4 h 后，其表达逐渐下降，12 h后趋于稳定；生物信息学预测发现 miRNA-133a-3p 的靶基因可能为 TGF-β1；荧光定量检测发现在4 h 时 TGF-β1的表达较0 h、24 h的差异都有统计学意义（P ＜0．05）；且4 h 时心肌细胞 TGF-β1蛋白的表达较0 h 组和24 h 组都明显升高，差异具有统计学意义（P ＜0．05）。结论 miRNA-133a-3p 可能参与大鼠心肌细胞的缺氧坏死过程，并且可能通过调控 TGF-β1而发挥作用。
关键词： miRNA-133a-3p 心肌细胞 缺氧 TGF-β1 生物信息学 -
纳升级反相液相色谱串联质谱法分析海马蛋白质组
目的:为了全面了解海龙的蛋白质成分,对其蛋白表达谱进行蛋白质组学分析.方法:应用三氯乙酸/丙酮沉淀法提取海马药材的蛋白质,经聚丙烯酰胺凝胶电泳分离分析,将聚丙烯酰胺凝胶电泳条带切下进行胶内酶解处理后,应用纳升级反相液相色谱串联质谱(nanoRPLC-MS/MS)法系统分析海马提取蛋白质胶内酶解产物,并进行数据库检索鉴定蛋白质.结果:共鉴定到海马蛋白192种,等电点范围为4.06～12.18,相对分子质量范围为3.06×103～3.52×106,多肽10 680个;通过生物信息学方法分析了海马提取蛋白质的分子功能.得到海马提取物中的蛋白质具有结合、酶催化、肌动、ATP酶等功能活性,其中结合活性的蛋白质占的比例较大.结论:本研究建立了海马的蛋白质表迭谱,可为海马药材中蛋白质的深入研究奠定基础,对海马药材有效成分的分析和海马药材鉴别具有重要意义.
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重组抗肿瘤抗病毒蛋白的三维结构预测及其与受体的相互作用分析
目的:利用计算机模拟的方法分析重组抗肿瘤抗病毒蛋白(乐复能)的抗病毒及抗肿瘤活性优于普通干扰素(IFNα-2b)的机制.方法:通过对乐复能、乐复能与干扰素受体形成复合物的结构预测,分析乐复能与其受体的相互作用.结果:与IFNα-2b相比较,乐复能和受体IFNR1的相互作用力有了明显的提高,结合更加紧密.结论:计算机模拟的方法可以有效地应用于尚无晶体信息的蛋白类药物及其与受体相互作用的结构预测.
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SARS病毒蛋白中caveolin推测的结合位点
目的:获得SARS冠状病毒蛋白与caveolin-l蛋白相互作用的信息,识别病毒蛋白中可能的caveolin-1结合位点,为SARS冠状病毒蛋白的功能研究以及设计抗SARS病毒的药物和疫苗提供线索.方法:基于3个caveolin结合基序,采用氨基酸基序搜索方法预测SARS冠状病毒蛋白中可能与caveolin-1相互作用的区域,并用分子模拟和分子对接的方法进一步证实它们之间的相互作用.结果:通过生物信息学分析,在SARS冠状病毒蛋白中发现了36个caveolin结合基序.经过分子模拟和分子对接,获得了SARS冠状病毒蛋白与caveolin-1相互作用的8个结合位点.这些caveolin-1结合位点分别位于repli case 1AB、S蛋白、ofr3蛋白和M蛋白.结论:caveolin-1可能是SARS冠状病毒蛋白结合的一个靶点,它们之间的相互作用可能与SARS冠状病毒的感染、复制、装配和释放有关.
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泛素特异肽酶3作为膀胱癌新型预后标记物的研究
目的:明确泛素特异肽酶3(USP3)在膀胱癌中的表达及探讨其作为膀胱癌预后标志物的可能性.方法:采用Oncomine数据库综合比较USP3在膀胱癌组织和正常膀胱组织中的表达.同时采用免疫组织化学方法和荧光定量PCR法检测USP3在膀胱癌及癌旁组织中的表达,以及利用Western Blot和荧光定量PCR法检测膀胱癌细胞株和正常尿路上皮细胞株中USP3的水平,明确USP3在膀胱癌中表达情况.采用TCGA数据库分析USP3与膀胱癌预后的关系;利用STRING数据库预测USP3作用网络,并对可能相互作用蛋白进行GO富集和KEGG Pathway分析.结果:Onconmine数据库中全部的研究结果都显示USP3在膀胱癌中的表达要明显高于正常对照组(P<0.05).免疫组织化学和荧光定量PCR结果证明USP3在膀胱癌中的蛋白和mRNA水平也是明显高于癌旁组织(P<0.05).在细胞水平上,Western Blot和荧光定量PCR的结果同样显示USP3在两种膀胱癌细胞株中的蛋白水平和mRNA水平要高于正常尿路上皮细胞SV-HUC-1(P<0.05).利用TCGA数据库分析发现USP3表达与生存期呈负相关(P<0.05),但是与膀胱癌复发无直接关系(P>0.05).STRING数据库预测与USP3密切相关的蛋白有10个,GO富集分析发现USP3相互作用蛋白的主要功能包括组蛋白去泛素化 、染色体构建 、组蛋白修饰;KEGG Pathway分析发现USP3相互作用蛋白涉及系统性红斑狼疮 、酗酒 、病毒性致癌 、基底转录因子.结论:USP3在膀胱癌中表达上调,与膀胱癌预后密切相关,可能参与膀胱癌的发生发展,作为膀胱癌新型预后标记物有一定的价值.
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基于二代测序技术的人乳头瘤病毒分析方法
人乳头瘤病毒(human papillomavirus,HPV)与多种癌症发生有关,近年来对HPV的研究日趋增加.目前从实验的角度去判断样本中HPV的感染及整合存在不足.随着二代测序技术的发展及分析手段的提升,通过样本的二代测序及生物信息学方法分析HPV的感染状态及整合情况已逐渐兴起,且具有较强的可信度.本文对近年用到的几个HPV生物信息学分析方法进行综述.
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肿瘤生物信息学:系统临床医学的新手段
肿瘤是临床上患者死亡常见的原因,其诊断、治疗和预后情况取决于肿瘤的严重程度、病程、部位、对药物治疗的敏感性和耐药性、细胞的分化和起源以及对其病理过程了解程度的差异等多种因素.鉴于基因与蛋白质之间的联系和网络在肿瘤分子机制的研究中起重要作用,在肿瘤研究中引入了"系统临床医学"这个全新概念.肿瘤生物信息学根据疾病代谢、信号通路、信息交流以及增殖的特异性,将生物信息学方法应用于肿瘤研究,这种新兴的手段不仅是肿瘤系统临床医学的一个重要部分,而且是系统临床医学中进行肿瘤相关研究的核心手段,是改善肿瘤患者预后的一种关键和有效的方法.
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生物信息学在阿尔茨海默病发病机制和药物设计中的应用
阿尔茨海默病是一种常见的神经变性疾病,临床主要表现为进行性记忆损害和认知功能障碍.然而,阿尔茨海默病的发病分子机制复杂不清,是多种基因和细胞信号传导通路相互作用的结果,且临床上缺乏有效的治疗药物,成为神经科学领域临床治疗的难点.目前,生物信息学在医学中的应用越来越广泛,采用生物信息学分析阿尔茨海默病发病相关基因芯片数据,构建相关基因和细胞信号传导通路的网络图,可系统性分析阿尔茨海默病发病机理,筛选关键信号通路、关键基因、关键酶,可为治疗阿尔茨海默病的药物设计和再利用提供新的视角,将为其治疗提供新的理论依据.
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生物信息学能否推动现代中医药研究的发展?
随着当代生物信息学技术的不断发展,充分发挥生物信息学技术优势解决现代中医药研究中的复杂问题,不断推动现代中医药研究的发展,实现中医药现代化改革与创新目标.分析了现代中医药研究存在的挑战,并从生物信息学角度出发提出解决问题的思路.现代中医药研究借鉴生物信息学技术,多层次挖掘中医药现代化的内涵与外延,在系统层面上进一步推动了中医药现代化研究的改革与创新.
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基于生物信息学方法分析甲酰肽受体1在胶质瘤中的表达及临床意义
目的:分析胶质瘤与正常组织表达差异的基因,筛选和胶质瘤预后相关的关键基因.方法:通过下载GEO(Gene Expression Omnibus)数据库GSE15824原始数据,利用R语言分析正常组织与胶质瘤组织中差异表达的基因,通过生物信息学分析工具(DAVID、String、Cytoscape、oncomine和GEPIA)对差异表达的基因进行生物学功能、蛋白互作网络(PPI)分析及筛选胶质瘤的预后标志物.结果:共筛选出648个差异表达的mRNAs.差异表达mRNAs的生物学功能主要富集于T细胞的激活,调节白细胞的黏附和细胞的迁移.KEGG信号通路分析显示差异基因主要富集于PI3K/Akt,MAPK和钙离子信号通路.FPR1在胶质瘤中明显高表达,其表达水平与胶质瘤的预后呈负相关(Log-rank P＜0.01).结论:通过基因芯片数据库的分析,FPR1在胶质瘤中高表达,且与患者生存预后相关,为进一步分子机制的研究提供了新思路.
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食管癌相关功能未知基因的电子克隆延伸与ncRNA的发现
背景与目的:运用电子克隆等生物信息学方法研究筛查出的镐个与食管癌相关功能未知的DNA序列片段,为食管癌相关研究提供指导.材料与方法:以48个DNA序列片段为核心,运用BioEdit建立本地数据库;通过电子克隆的方法对48个DNA序列中功能未知的基因片段进行序列延伸;通过BLAST同源分析搜索48个基因的内含子以及上下游基因间隔区中存在的非编码RNA(noncoding RNA,ncRNA).结果:48个DNA序列中功能未知的基因片段通过电子克隆的方法平均能够延伸190 bp以上;在48个基因的内含子以及上下游基因间隔区存在着与已知ncRNA相似性很高的片段.结论:运用电子克隆的方法可以使某些食管癌相关功能未知基因的序列得以明显延伸;一些食管癌相关基因所在的染色体区段存在着某些与ncRNA高度相似的片段,这提示我们,ncRNA可能参与食管癌的发生过程,其具体功能有待深入研究.
