生物信息技術(shù)在生物醫(yī)藥的應(yīng)用

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摘要：隨著電子信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，我國已進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代，伴隨而來的是以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)生態(tài)環(huán)境的生活、社交、工作和學(xué)習(xí)。信息的高頻次、大批量交互，給人們的生活帶來了巨大的便利，也促使各行各業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變化。生物醫(yī)藥領(lǐng)域關(guān)乎人們的健康，向來走在時(shí)代的前沿。在大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，生物信息技術(shù)也在生物醫(yī)藥領(lǐng)域當(dāng)中取得了非常顯著的成績。本文對(duì)生物信息技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了回顧，對(duì)當(dāng)下應(yīng)用于生物醫(yī)藥領(lǐng)域的生物信息技術(shù)進(jìn)行了介紹，并對(duì)生物信息技術(shù)在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的發(fā)展和挑戰(zhàn)進(jìn)行了展望。筆者希望通過本文的閱讀，能夠給生物醫(yī)藥相關(guān)領(lǐng)域的研究者及工作者提供一定的幫助和啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)時(shí)代；生物信息技術(shù)；生物醫(yī)藥

生物信息技術(shù)的基礎(chǔ)是生物技術(shù)。所謂生物技術(shù)，類似于仿生學(xué)，在基于生命科學(xué)的研究之上，利用生物的特性和功能，設(shè)計(jì)、構(gòu)建具有某一種特質(zhì)的新物質(zhì)或者新品系。而所謂的生物信息技術(shù)，則是利用信息技術(shù)更好地實(shí)現(xiàn)生物技術(shù)的目標(biāo)，是典型的學(xué)科交叉。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，信息獲取、加工、傳輸及存儲(chǔ)的方式都發(fā)生了巨大的變化。這給生物技術(shù)注入了新的可能，使其在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用更加重要和廣泛[1]。

一、生物信息技術(shù)的發(fā)展概況

生物信息技術(shù)的起源，一般認(rèn)為是來自人們對(duì)基因組的研究。眾所周知，生物的基因組當(dāng)中攜帶著海量的信息。人們通過修改DNA和蛋白質(zhì)序列，就能實(shí)現(xiàn)某些生物特性的轉(zhuǎn)變，因此，生物信息技術(shù)成為了人類探索生命奧秘的金鑰匙。但是，基因工程及DNA序列的重構(gòu)，涉及一定的倫理禁忌。因此，在研究的過程中，相關(guān)研究人員往往如履薄冰，久而久之，生物信息技術(shù)變成了單純對(duì)DNA和蛋白質(zhì)序列上某一片段的功能的對(duì)比分析[2]。隨著時(shí)代的發(fā)展和進(jìn)步，電子信息技術(shù)取得了長足的發(fā)展。在相關(guān)支撐技術(shù)頻繁更新迭代的情況下，生物技術(shù)能夠更加快速、便捷、準(zhǔn)確地獲取相關(guān)的信息，并進(jìn)行更加合理的處理。這些都使得生物信息技術(shù)將不再局限于DNA和蛋白質(zhì)序列的解碼、構(gòu)筑工作，而是在生物技術(shù)的基礎(chǔ)上，得到更加廣泛、深入的應(yīng)用。目前，在生物醫(yī)學(xué)、生物制藥領(lǐng)域，生物信息技術(shù)都有著非常廣泛的應(yīng)用，包括可視化醫(yī)學(xué)對(duì)生物信息的獲取，計(jì)算機(jī)輔助下的生物制藥等。就目前來講，生物信息技術(shù)已經(jīng)成為了生命科學(xué)技術(shù)在當(dāng)代的延伸和主要發(fā)展方向，為生物學(xué)開啟了新的篇章。基于此技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域，都必將發(fā)生變革。生物信息技術(shù)將在這中間扮演舉足輕重的角色，發(fā)揮不可替代的作用。

二、生物信息技術(shù)在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用

（一）應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)信號(hào)的處理

臨床醫(yī)學(xué)信號(hào)一般指的是攜帶生命體征、狀態(tài)和成分的信號(hào)。對(duì)這類的信號(hào)進(jìn)行采集、處理、分析，能夠?qū)δ繕?biāo)生命體的狀態(tài)、局部功能、生命體征、和生物成分進(jìn)行分析。這是生物信息技術(shù)在生物醫(yī)藥領(lǐng)域當(dāng)中的一個(gè)主要應(yīng)用。一方面，由于信號(hào)中含有當(dāng)前目標(biāo)的生命體征和狀態(tài)信息，因此，通過接受這類信號(hào)，我們能夠更加清楚準(zhǔn)確地了解到當(dāng)前目標(biāo)的真實(shí)狀態(tài)，可以在臨床上輔助進(jìn)行診斷和治療（幫助確定病灶等）；另一方面，由于生物信息技術(shù)能夠?qū)δ繕?biāo)生物成分進(jìn)行分析，因此，能夠廣泛地應(yīng)用于生物制藥領(lǐng)域。近年來，中醫(yī)藥在世界范圍內(nèi)取得了非常不錯(cuò)的成績，這與生物信息技術(shù)對(duì)中藥材的成分分析有著非常重要的關(guān)系。它能夠?qū)鹘y(tǒng)的中醫(yī)藥和現(xiàn)代醫(yī)學(xué)緊密結(jié)合，使得我國的傳統(tǒng)中醫(yī)藥理論大放異彩，以此作為基礎(chǔ)技術(shù)的中成藥制備工藝和名藥方的應(yīng)用都取得了非常不錯(cuò)的進(jìn)展。

（二）基因生物學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

生物信息技術(shù)最初就是被應(yīng)用于基因生物領(lǐng)域，但是受限于倫理方面，始終沒能更進(jìn)一步。實(shí)際上，限制生物信息技術(shù)在基因生物學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的更加主要的因素，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的滯后性。現(xiàn)階段，生物信息技術(shù)已經(jīng)能夠同時(shí)對(duì)人體內(nèi)不同空間、不同位置甚至不同時(shí)間的基因序列進(jìn)行分析和比對(duì)，這能夠幫助我們?cè)谘芯扛鞣N絕癥、罕見遺傳病方面取得不小的進(jìn)展。筆者相信，當(dāng)信息足夠多、信息處理能力足夠強(qiáng)之后，我們就能夠發(fā)現(xiàn)這些病癥在基因組當(dāng)中留下的痕跡，并通過特定的手段修改基因組來治療相應(yīng)的疾病。不過，目前這項(xiàng)技術(shù)仍然處于研究當(dāng)中，并且還會(huì)研究相當(dāng)長的時(shí)間。

（三）應(yīng)用于生物制藥

生物信息技術(shù)能夠?qū)ι锏某煞诌M(jìn)行分析，這給生物制藥帶來了更多的便利。生物制藥領(lǐng)域始終存在的問題就是難以把控藥物當(dāng)中有效成分的含量和質(zhì)量。我們通過生物信息技術(shù)的檢測(cè)和控制，利用計(jì)算機(jī)在生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行適當(dāng)?shù)妮o助，能夠精準(zhǔn)控制有效成分的含量，在確保藥物的治療效果的同時(shí)，更大限度地降低不良反應(yīng)的發(fā)生和其他副作用。當(dāng)收集到足夠多的生物成分信息之后，我們可以直接利用計(jì)算機(jī)對(duì)成分的組合進(jìn)行模擬，實(shí)現(xiàn)新藥品的研發(fā)。這樣做的好處是，在一種成分被發(fā)現(xiàn)之后，我們能夠快速地進(jìn)行相關(guān)信息的匹配，并提出幾種組合方案進(jìn)行嘗試，這樣能夠降低新藥品研發(fā)的成本和周期，并且使得研發(fā)的結(jié)果更加具有可控性。利用該項(xiàng)技術(shù)，還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)我國傳統(tǒng)的重要名方的檢驗(yàn)。我們通過模擬各種藥材的有效成分并按照不同劑量進(jìn)行搭配，其能夠產(chǎn)生何種治療效果以及造成何種副作用將會(huì)一目了然。眾所周知，中醫(yī)藥發(fā)展上千年，其中有很多治病救人的靈丹妙藥，但也有一些毫無科學(xué)依據(jù)的江湖雜方。我們通過生物信息技術(shù)對(duì)這些藥方進(jìn)行檢驗(yàn)，能夠進(jìn)一步凈化中醫(yī)藥理論體系，幫助中醫(yī)藥在世界范圍內(nèi)發(fā)揚(yáng)光大[3]。

三、生物信息技術(shù)在未來的生物醫(yī)藥領(lǐng)域的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)

當(dāng)前，生物信息技術(shù)仍然是高精尖技術(shù)，僅由少部分企業(yè)把持，一般的中小型生物制藥公司都很難接觸到相關(guān)的技術(shù)。這限制了生物醫(yī)藥行業(yè)的整體發(fā)展，從宏觀角度來講，并不利于醫(yī)學(xué)的發(fā)展和進(jìn)步，使得生物醫(yī)藥應(yīng)用生物信息技術(shù)的成本過高，導(dǎo)致的結(jié)果就是相關(guān)的科研成果（診斷和治療方式以及藥物）價(jià)格非常昂貴，難以應(yīng)用于普通百姓。筆者相信，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，生物信息技術(shù)也會(huì)飛入尋常百姓家，幫助更多的人治療和保障身心健康。因此，在未來會(huì)有更多的技術(shù)得到開放，更多的人能夠享受到這樣的紅利。其市場(chǎng)發(fā)展規(guī)律如同電子產(chǎn)品一樣，最開始的時(shí)候，核心技術(shù)被嚴(yán)格把持和控制，導(dǎo)致電子產(chǎn)品的價(jià)格昂貴；隨著相關(guān)技術(shù)的研發(fā)、迭代和不斷開放，電子產(chǎn)品的價(jià)格一路下跌，如今其已經(jīng)成為人們生活中隨處可見的生活必需品。生物信息技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用也是如此。其作為未來醫(yī)學(xué)和生物醫(yī)藥領(lǐng)域的重要發(fā)展趨勢(shì)，筆者相信，隨著競(jìng)爭和迭代，生物信息技術(shù)更多的核心技術(shù)將面向大眾開放，屆時(shí)相關(guān)藥品的成本將會(huì)逐漸下降、產(chǎn)能將直線提高，不僅能夠提升藥品市場(chǎng)的整體質(zhì)量，還能夠降低患者的用藥成本，一舉多得[4]。但是，生物信息技術(shù)是對(duì)生物的體征、特性、成分等信息的采集和處理技術(shù)，在這過程中很容易觸碰到倫理的底線。例如，利用生物信息技術(shù)強(qiáng)行修改新生兒的部分基因序列，使其具備某些能力，這對(duì)于人類的安全會(huì)造成巨大的威脅，也是對(duì)人類倫理的挑戰(zhàn)[5]，違背了大自然的法則。隨著生物信息技術(shù)的不斷發(fā)展和開放，生物信息技術(shù)的使用門檻將會(huì)降低，上述的情況將會(huì)更加不可控。這種情況一旦發(fā)生，后果將不堪設(shè)想。當(dāng)核心技術(shù)全面開放之后，這可能也會(huì)給相關(guān)的監(jiān)督和管理工作帶來不小的挑戰(zhàn)，其可能導(dǎo)致大量的低質(zhì)量藥品流入市場(chǎng)，給患者的健康帶來一定的威脅。因此，未來我們?cè)谥鸩介_放管制的同時(shí)，也要對(duì)生物制藥領(lǐng)域保持嚴(yán)格的質(zhì)量監(jiān)督和檢查，避免出現(xiàn)這些問題。

四、結(jié)束語

總而言之，生物信息技術(shù)是生命科學(xué)領(lǐng)域在未來的發(fā)展趨勢(shì)和先導(dǎo)技術(shù)。在大數(shù)據(jù)時(shí)代的背景下，其得到了充足的發(fā)展和長足的進(jìn)步。生物信息技術(shù)在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用給治療、診斷和藥品的生產(chǎn)、研發(fā)都提供了巨大的便利。筆者相信，隨著生物信息技術(shù)的不斷發(fā)展，其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域會(huì)創(chuàng)造一個(gè)又一個(gè)奇跡，為人類健康和生命延續(xù)保駕護(hù)航。

參考文獻(xiàn)：

[1]張平,張曄.我國生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展與產(chǎn)業(yè)政策路線圖構(gòu)想[J].華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版),2013(01):1-5.

[2]劉昌孝.創(chuàng)新生物醫(yī)藥研發(fā)的再思考[J].現(xiàn)代藥物與臨床,2013,28(04):469-475.

[3]金家貴,王建東,張紅,楊林.醫(yī)藥生物技術(shù)在心血管疾病中的應(yīng)用進(jìn)展[J].成都醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào),2017,5(01):113-116.

[4]“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(全文)[J].中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè),2017,5(01):57-81.

[5]劉靜,李冬雪,范曉.我國生物技術(shù)政策的演進(jìn)與發(fā)展趨向[J].中國生物工程雜志,2014,7(06):117-121.

作者：吳昊 李春雨 單位：云南唯恒基業(yè)科技有限公司