(二)生物信息学与药理学。药物的作用机制是药物效用的核心内容,也是药物治疗作用与不良反应的关键所在。我们可以通过药物基因组学、转录组学、蛋白组学和代谢组学研究药物作用的关键基因和作用通路,以便阐明药物在体内的作用机制和它们的`代谢过程。如果我们进行系统的研究,必须要有生物信息学的参与,我们才能在成千上万的核苷酸中读懂药物的作用机制。为疾病治疗和药物发现寻找新的突破口。
生物信息学助力个性化的合理用药。生命个体存在差异,疾病的发展也各不相同,例如药物代谢酶的效应差异会使个体产生不同疗效差异。所以,在进行疾病治疗时,既要确保药物安全有效使用,又要达到个体化的治疗,这就需要生物信息学为我们提供强大的数据分析与处理能力。在人类基因组计划的完成以及大量药物作用相关基因的克隆与鉴定、单核苷酸多态性的检测与发现、大规模基因分型技术、DNA测序技术及生物信息学的发展,为分析个体在疾病过程中的差异,从基因水平上选择用药提供了支持。基于此,“精准医疗”已经列入我国未来五年的科研规划。所以,在处理和解决人类有关健康问题时,必然需要生物信息学的参与。
(三)生物信息学与药物化学。新药的发现与设计是药物化学的主要内容之一。在新药设计中,计算机辅助药物设计越来越得到新药设计者的青睐,而生物信息学是辅助药物设计的重要手段。受体、酶这些可以作为药物靶点的大分子,在药物设计中,明确了靶标的三维结构,借助其空间构型直接或间接设计配体的结构,寻找新药[5]。
生物信息学通过多个数据库进行研究,除了可以预测蛋白质的空间结构,我们还能够了解到诸如蛋白质等大分子的三维空间结构等相关信息,以及电子布局和动力学行为信息。通过理论模拟的方式还可研究包含蛋白质等大分子及其周围环境的复杂体系和生物分子的量子效应,上面涉及到的内容,给精确高效的药物设计提供保证。所以,生物信息学可以极大地改变新药研究的思路,加快新药研究的步伐。
二、生物信息学在药学专业中的教学
(一)生物信息学在药学专业中的课程设置。目前大部分学校在药学专业中没有设置生物信息学课程[6],但随着研究课题质量的不断提高,研究领域的不断扩展,有些高等院校在非专业学生中开设了生物信息学选修课,但对于大多数学校,尤其是医药类院校并未把这一领域和学科的知识内容加入到本专业的课程中[7]。
当今生命科学快速发展,生物信息学在处理数据方面显示出巨大优势,多数生物医学工作者主要从事本职工作,生物信息学只是作为研究工具来使用,因此,医药学高等院校的生物信息学教学也应围绕应用来开展。在课程的设置上充分考虑学生的知识背景和学习需求,制定不同的教学大纲和学习目标,弹性安排本科阶段和研究生阶段的教学,以选修课为宜。基于生物信息学的特点,课时安排尽量紧凑,注重效率,同时安排上机实习课程。
(二)生物信息学在药学专业中的教学内容和方法。
1.生物信息学在药学专业中的教学内容。生物信息学的研究范围大致可分二类:一是数据库的建立与优化。目前,国际上比较著名的公共数据库有EMBL、GenBank、DDBJ,另外还有一些公司有内部数据库。二是数据库的基本理论研究、对软件的研制、对序列的排列比较以及新序列的识别和预测等[8]。针对药学专业的教学,内容主要是如何应用各种核酸、蛋白序列数据库资源,会使用一些分析软件,原理和算法作为辅助教学内容,具体主要集中在以下内容:
数据库查询的教学,对于三大核酸序列数据库的查询、蛋白质序列数据库SwissProt查询以及生物大分子结构数据库PDB的查询。教学这些数据库的界面、帮助功能等。具体教学内容是:①生物学与生物信息学、DNA测序技术[9]、收集、存贮和管理生物信息;②提取和分析基因组序列信息,生物序列的比对、motif搜索[10];③功能基因组相关信息分析,DNA编码区检测、基因进化[11];④生物大分子结构模拟和药物设计,蛋白质折叠方法、生物序列的重复模式;⑤生物信息分析的常用技术与方法;⑥数据库、生物信息学平台的发展。这些内容在不同教学对象时应保持一定的连贯性,但也不应过多重复,使得学生根据自身情况作出合理的选择。要突出课程的实用性,大约36学时[8]。