美國生物信息學(xué)專業(yè)淺析

一、生物信息學(xué)生物信息學(xué)(Bioinformatics)是研究生物信息的采集、處理、存儲(chǔ)、傳播，分析和解釋等各方面的學(xué)科，也是隨著生命科學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的迅猛發(fā)展，生命科學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)相結(jié)合形成的一門新學(xué)科。它通過綜合利用生物學(xué)，計(jì)算機(jī)科學(xué)和信息技術(shù)而揭示大量而復(fù)雜的生物數(shù)據(jù)所賦有的生物學(xué)奧秘。是在生命科學(xué)的研究中，以計(jì)算機(jī)為工具對生物信息進(jìn)行儲(chǔ)存、檢索和分析的科學(xué)。它是當(dāng)今生命科學(xué)和自然科學(xué)的重大前沿領(lǐng)域之一，同時(shí)也將是21世紀(jì)自然科學(xué)的核心領(lǐng)域之一。其研究重點(diǎn)主要體現(xiàn)在基因組學(xué)（Genomics）和蛋白質(zhì)組學(xué)（Proteomics）兩方面，具體說就是從核酸和蛋白質(zhì)序列出發(fā)，分析序列中表達(dá)的結(jié)構(gòu)功能的生物信息。

研究方法以數(shù)據(jù)（庫）為核心

1 數(shù)據(jù)庫的建立

2 生物學(xué)數(shù)據(jù)的檢索

3 生物學(xué)數(shù)據(jù)的處理

**4 生物學(xué)數(shù)據(jù)的利用：計(jì)算生物學(xué) **生物信息學(xué)的主要研究方向：

基因組學(xué) - 蛋白質(zhì)組學(xué) - 系統(tǒng)生物學(xué) - 比較基因組學(xué)，1989年在美國舉辦生物化學(xué)系統(tǒng)論與生物數(shù)學(xué) 的計(jì)算機(jī)模型國際會(huì)議，生物信息學(xué)發(fā)展到了計(jì)算生物學(xué)、計(jì)算系統(tǒng)生物學(xué)的時(shí)代。

二、計(jì)算生物學(xué)(computational biology)*計(jì)算生物學(xué)（Computational Biology）是生物學(xué)的一個(gè)分支，是指開發(fā)和應(yīng)用數(shù)據(jù)分析及理論的方法、數(shù)學(xué)建模和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)等，用于生物學(xué)、行為學(xué)和社會(huì)群體系統(tǒng)的研究的一門學(xué)科。計(jì)算生物學(xué)的最終目的不僅僅局限于測序，而是運(yùn)用計(jì)算機(jī)的思維解決生物問題，用計(jì)算機(jī)的語言和數(shù)學(xué)的邏輯構(gòu)建和描述并模擬出生物世界。 就整個(gè)學(xué)科的內(nèi)容而論，計(jì)算生物學(xué)最終是以生命科學(xué)中的現(xiàn)象和規(guī)律作為研究對象，以解決生物學(xué)問題為最終目標(biāo)，數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)僅僅是解決問題的工具和手段。計(jì)算生物學(xué)的研究范疇相當(dāng)廣泛，幾乎滲透到現(xiàn)代生物學(xué)研究的每一個(gè)領(lǐng)域。也就是說，任何關(guān)于生物學(xué)問題的交叉學(xué)科研究，只要其工作假設(shè)(working hypothesis)可以通過建立數(shù)學(xué)模型和計(jì)算機(jī)仿真來進(jìn)行檢驗(yàn)，都可納入計(jì)算生物學(xué)的研究范疇。計(jì)算生物學(xué)的研究可以劃分成兩個(gè)部分或者兩個(gè)階段。

一是數(shù)據(jù)挖掘和知識(shí)發(fā)現(xiàn)，從大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中提取背后隱藏的模式，然后形成假設(shè)；第二個(gè)階段是建立數(shù)學(xué)模型，利用計(jì)算機(jī)模擬來檢驗(yàn)各種假設(shè)，為進(jìn)一步的體內(nèi)、體外實(shí)驗(yàn)研究提供預(yù)測結(jié)果和指導(dǎo)建議。 因此，計(jì)算生物學(xué)的兩個(gè)階段可以歸納為“發(fā)現(xiàn)的科學(xué)”(iscovery science)和“假設(shè)驅(qū)動(dòng)的科學(xué)”(hypothesis-riven science)。

計(jì)算生物學(xué)應(yīng)用從基因組科學(xué)新視角來探究人類健康和疾病的各個(gè)方面，使將人類基因組計(jì)劃的成果轉(zhuǎn)化為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)步成為可能。 運(yùn)用計(jì)算生物學(xué)，科學(xué)家有望鑒定基因和生物通路在健康和疾病中的角色，挖掘它們與環(huán)境因素之間的關(guān)系。 發(fā)展、評價(jià)以及應(yīng)用以基因組為基礎(chǔ)的診斷方法來預(yù)測對疾病的易感性，預(yù)測藥物反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)疾病的早期診斷標(biāo)記、疾病在分子水平上的發(fā)展機(jī)制。 應(yīng)用基因組和代謝通路的知識(shí)，通過分子模擬等方法進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)，縮短新藥開發(fā)周期，從而開發(fā)有效的、新的疾病治療方法;發(fā)展基于基因組的工具來改善大眾的健康狀況。

三、生物信息學(xué)與計(jì)算生物學(xué)的異同**一、專業(yè)性質(zhì)不同**

1、生物信息學(xué)：是研究生物信息的采集、處理、存儲(chǔ)、傳播，分析和解釋等各方面的學(xué)科，是生命科學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)相結(jié)合形成的一門新學(xué)科。

2、計(jì)算生物學(xué)：是生物學(xué)的一個(gè)分支，是指開發(fā)和應(yīng)用數(shù)據(jù)分析及理論的方法、數(shù)學(xué)建模和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)等，用于生物學(xué)、行為學(xué)和社會(huì)群體系統(tǒng)的研究的一門學(xué)科。

二、研究內(nèi)容不同

1、生物信息學(xué)：通過綜合利用生物學(xué)，計(jì)算機(jī)科學(xué)和信息技術(shù)而揭示大量而復(fù)雜的生物數(shù)據(jù)所賦有的生物學(xué)奧秘。

2、計(jì)算生物學(xué)：運(yùn)用計(jì)算機(jī)的思維解決生物問題，用計(jì)算機(jī)的語言和數(shù)學(xué)的邏輯構(gòu)建和描述并模擬出生物世界。

三、研究方法不同

1、生物信息學(xué)：以數(shù)據(jù)（庫）為核心，數(shù)據(jù)庫的建立，生物學(xué)數(shù)據(jù)的檢索，生物學(xué)數(shù)據(jù)的處理，生物學(xué)數(shù)據(jù)的利用：計(jì)算生物學(xué)。

2、計(jì)算生物學(xué)：各種計(jì)算方法已開始廣泛應(yīng)用于藥物研究，以及研發(fā)創(chuàng)新的、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的疾病靶標(biāo)和信息學(xué)分析系統(tǒng)等。

同時(shí)，運(yùn)用計(jì)算生物學(xué)，科學(xué)家有望直接破譯在核酸序列中的遺傳語言規(guī)律，模擬生命體內(nèi)的信息流過程，從而認(rèn)識(shí)代謝、發(fā)育、進(jìn)化等一系列規(guī)律。 相對于生物信息學(xué)，計(jì)算生物學(xué)的層次更高。雖然兩者之間界限模糊，但生物信息學(xué)略微偏向于生物，而計(jì)算生物學(xué)略微偏向計(jì)算機(jī)。生物信息學(xué)側(cè)重于數(shù)據(jù)的提取、挖掘，而計(jì)算生物學(xué)側(cè)重對數(shù)據(jù)的處理、運(yùn)用。計(jì)算生物學(xué)的最終目的不只局限于測序，而是運(yùn)用計(jì)算機(jī)的思維解決生物問題，用計(jì)算機(jī)的語言和數(shù)學(xué)的邏輯構(gòu)建和描述并模擬出生物世界。

對那些海量數(shù)據(jù)只進(jìn)行一些傳統(tǒng)處理，并不能給生命科學(xué)以及醫(yī)學(xué)帶來太大的促進(jìn)，迫切需要一個(gè)有效的研究方法體系來幫助人們了解像人體這樣一個(gè)極其復(fù)雜的生物體系，這就是計(jì)算生物學(xué)。

有些人將計(jì)算生物學(xué)作為生物信息學(xué)的同義詞處理；但也有些人認(rèn)為計(jì)算生物學(xué)和生物信息學(xué)應(yīng)當(dāng)被當(dāng)作不同的條目處理，因?yàn)?生物信息學(xué)更側(cè)重于生物學(xué)領(lǐng)域中計(jì)算方法的使用和發(fā)展，而計(jì)算生物學(xué)強(qiáng)調(diào)利用數(shù)學(xué)模型和計(jì)算仿真技術(shù)對生物學(xué)問題進(jìn)行研究，應(yīng)用信息學(xué)技術(shù)對生物學(xué)領(lǐng)域中的假說進(jìn)行檢驗(yàn)，并嘗試發(fā)展新的理論。

因?yàn)閮烧咧g界限模糊，所以美國很多大學(xué)開設(shè)的專業(yè)方向?qū)⑦@兩者結(jié)合在一起。

Best Genetics / Genomics / Bioinformatics Programs

Ranke in 2018, part of Best Science Schools Genetics an genomics courses examine hereity an DNA an, in bioinformatics, computer programs are use to analyze this genetic information. These are the best science schools for genetics / genomics / bioinformatics.

USnews美國研究生遺傳學(xué)、基因組學(xué)與生物信息學(xué)專業(yè)

排名 學(xué)校名稱 學(xué)校英文名 城市/州

1 麻省理工學(xué)院 Massachusetts Institute of Technology Cambrig

MA 1 斯坦福大學(xué) Stanfor University Stanfor

CA 1 圣路易斯華盛頓大學(xué) Washington University in St. Louis St. Louis

MO 4 加州大學(xué)伯克利分校 University of California—Berkeley Berkeley

CA 5 華盛頓大學(xué) University of Washington Seattle

WA 6 哈佛大學(xué) Harvar University Boston, MA

以美國康奈爾大學(xué)計(jì)算生物學(xué)為例：美國康奈爾大學(xué)目前在QS世界排名第14位，它的醫(yī)學(xué)院在美國最新排名第21位。它的計(jì)算生物學(xué)(Computational Biology)專業(yè)由醫(yī)學(xué)科學(xué)研究生院與隆-凱特琳研究院聯(lián)合提供。

一、專業(yè)概況

計(jì)算生物學(xué)理學(xué)碩士開設(shè)的目的是讓學(xué)生掌握現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)科學(xué)背后的各種定量方法。各種高通量技術(shù)衍生了大量的生物數(shù)據(jù)，要處理、分析和闡述這些數(shù)據(jù)離不開計(jì)算方法和數(shù)學(xué)模型。要理解和預(yù)測復(fù)雜的生物系統(tǒng)動(dòng)態(tài)狀況離不開計(jì)算機(jī)模擬。精準(zhǔn)施藥(治療癌癥等疾病)、藥物開發(fā)越來越依賴定量基因組學(xué)、生物信息學(xué)和系統(tǒng)生物學(xué)。 計(jì)算生物學(xué)理學(xué)碩士是康奈爾大學(xué)推出的一個(gè)特色培訓(xùn)項(xiàng)目，它在生物學(xué)與醫(yī)學(xué)計(jì)算方法的先進(jìn)應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)閷W(xué)生提供理論知識(shí)和實(shí)踐培訓(xùn)。這個(gè)專業(yè)的教師來自康奈爾醫(yī)學(xué)院、史隆-凱特琳研究院(Sloan-Kettering Institute)、康奈爾紐約科技園，他們在計(jì)算生物學(xué)研究與應(yīng)用領(lǐng)域走在世界前沿。 畢業(yè)之后，學(xué)生可從事數(shù)據(jù)分析、生物信息學(xué)、計(jì)算機(jī)模擬工作，到制藥公司、生物技術(shù)公司就業(yè)。相應(yīng)地，對于有意向攻讀計(jì)算生物學(xué)博士的學(xué)生，這個(gè)專業(yè)有利于他們做好準(zhǔn)備，增加入學(xué)優(yōu)勢。

二、課程

康奈爾大學(xué)計(jì)算生物學(xué)專業(yè)的課程涉及多個(gè)學(xué)科，它提供的先進(jìn)培訓(xùn)涉及生物信息學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)、計(jì)算與模擬、定量生物學(xué)和基因組學(xué)。培訓(xùn)重點(diǎn)放在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐技能，以此協(xié)助學(xué)生走出課堂，開拓事業(yè)。 這個(gè)專業(yè)需要18個(gè)月完成(全日制)，教學(xué)內(nèi)容前后連貫，涉及諸多學(xué)科。要求在導(dǎo)師指導(dǎo)下完成個(gè)人化項(xiàng)目研究。此外，提供職業(yè)發(fā)展培訓(xùn)。 專業(yè)學(xué)習(xí)的前半部分包含基礎(chǔ)課和技能課，以便學(xué)生在數(shù)學(xué)、生物學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)方面打好基礎(chǔ)，此期間的培訓(xùn)涉及定量生物學(xué)和生物信息學(xué)。 專業(yè)的后半部分主要是論文研究。學(xué)生從多個(gè)頂級研究實(shí)驗(yàn)室中選擇，借以投入獨(dú)立的項(xiàng)目，進(jìn)一步學(xué)習(xí)知識(shí)技能，提升解決問題能力、批判思考能力以及科學(xué)交流的能力。

三、入學(xué)要求

申請計(jì)算生物學(xué)碩士專業(yè)的學(xué)生必須持有理科或工科學(xué)士學(xué)位。必須完成本科階段的微積分、線性代數(shù)、概率學(xué)理論(或統(tǒng)計(jì)學(xué))、計(jì)算機(jī)編程。 申請的時(shí)候要求在個(gè)人陳述中描述自己的背景以及對計(jì)算生物學(xué)專業(yè)的興趣。必須提交GRE考試和托福成績。 康奈爾大學(xué)計(jì)算生物學(xué)專業(yè)招收各專業(yè)的學(xué)生，并鼓勵(lì)來自未被充分代表的群體的學(xué)生、身有疾患的學(xué)生以及處于劣勢背景的學(xué)生申請。

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