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专业介绍 | 生物信息学(Biomedical informatics)用计算机语言守卫人类健康

时间:2022-12-27 阅读量:24 发布者: 来源:浙江大学爱丁堡大学联合学院

生物信息学的研究对象是与生物学和医学相关的数据,包括医学实践过程中患者的病史、病况、治疗手段和疗效的数据,以及为了更好地治疗患者而进行的各类临床和基础医学研究的结果数据。这个学科本质上是“数据科学”的一个分支,是“大数据研究”的一个分类,与“人工智能”紧密相关。


生物信息学的应用领域

1.建立生物学数据库

旨在解决将海量生物学数据、已有的研究成果及技术信息等收纳并储存,以便科研工作者的生物研究与信息查询借鉴。


2.靶向治疗与新药设计

靶向治疗指药物进入体内会特异地选择致癌位点来相结合发生作用,使肿瘤细胞特异性死亡,而不会波及肿瘤周围的正常组织细胞,挽救患者生命。生物信息学为新药设计提供靶向治疗的数据基础,并在新药的临床试验中进行数据统计。


3.还有更多等你探索……


说到生物信息学,你能想到……

人类基因组计划

于1990年正式启动。美国、英国、法国、德国、日本和中国科学家共同参与,旨在揭开组成人体2.5万个基因的30亿个碱基对的秘密。有了基因测序,研究者就可以从中找到被认为与基因有关的疾病、智力、冒险精神、信仰和性格等问题的“密码”。

 

全基因组关联分析(GWAS)

对多个个体在全基因组范围的遗传变异多态性进行检测,获得基因型,进而将基因型和表型进行群体水平的统计学分析,筛选出最有可能与遗传变异有关的基因,常用以挖掘疾病的相关基因。

 

新冠疫苗开发

自从COVID-19大流行以来,以快速开发针对病毒基因组结构和非结构蛋白的疫苗和抗体对策,生物信息学技术对在线储存库中相关基因组序列的综合应用极大地帮助了对抗病毒传播的有效疫苗或药物的寻找。同时,生信技术对检测变异新冠病毒的突变检测也有重要作用。


猜猜看这是什么?

芯片.png

这个指甲盖大小的小方块是芯片!它被称作基因芯片或DNA芯片,每个芯片基面上可被划分为数万至数百万个小区,每个小区内又有大量的分子探针。它可用来进行基因研究、法医鉴定、疾病监测和药物筛选等。是生信的研究员们,参与了芯片设计和数据管理分析,通过查询生物分子信息数据库,取得了芯片的参照序列。


猜猜看这些碱基的排列顺序是怎么得到的?

碱基测序.png

除了经典的桑格测序,还有很多生信科学家所关注的三代测序,优秀的生信科学家就是通过各种序列提交软件、分子结构提交软件、序列检索工具、序列比对工具以及结构预测工具实现了高效地对DNA进行测序。



猜猜这是什么研究课题的意象图?

猴子冥想.jpg

图中正在冥想的猴子意指灵长类动物大脑和智力的进化。在此跨物种大脑发育三维基因组的研究中,生信团队在计算三维基因组领域,针对单细胞三维基因组图谱数据,提出一种功能强大且稳健的环状轨迹重构工具CIRCLET,为单细胞层面研究三维基因组图谱的动态调控提供了有力的工具,该成果还入选了2019年度中国生物信息学十大算法与工具。


生物信息学专业同学的课堂可以多有趣

▲DST----应用JAVA模拟狐狸兔子的互动关系

这个动画展示了自然界中捕食者与被食者的生存竞争,黄色代表兔子,蓝色代表狐狸,黄色色块会被相邻的蓝色色块捕食,同时这些色块还有移动能力和自然寿命,还能繁殖后代。

凭借计算机编程的技能同学们模拟了生物种群的此消彼长,将自然界中捕食者与被食者的生存竞争直观展现为动画中的动态平衡。


▲ADS----R语言绘图

猜猜这些美丽的图形是什么?

它们都是大量数据的可视化呈现

通过学习R语言绘图看着“令人头大”的数据表格,摇身一变成为“优雅”的图表,帮助我们进行聚类分析,展现基因表达、生物体之间各组分含量的差异等等…

曼哈顿图.jpg

气泡图.png

火山图.png


▲还有前沿的科研实践

全基因组药物重定位的系统网络算法

全基因组药物重定位.png

组蛋白修饰与promoter的研究

组蛋白修饰与promoter的研究.png

使用深度学习的方法整合多组学数据

使用深度学习的方法整合多组学数据.png


核心课程



整合生命科学基础、细胞分子生物学、遗传与发育生物学、神经生物学原理、人体结构与功能学、疾病基础、Python基本原理和应用,大数据分析,人工智能算法等

专业方向   

大健康组学信息分析、人工智能生物学、精准生物组学、大数据组学等

   



师资团队

我们拥有一支由浙江大学、爱丁堡大学和全球招聘的优秀教师们组建的精英教学队伍,100%老师具有海外学习及科研经历。


毕业生深造去向

2022年,ZJE首届生物信息学专业学生(25人)毕业,深造比例96%(24人),毕业生深造具体情况如下:

深造学校包括:剑桥大学、哈佛大学、清华大学、浙江大学、哥伦比亚大学、伦敦大学学院、约翰霍普金斯大学、上海交通大学等。

深造领域包括:生物信息学、神经系统与计算、生物技术、生物化学与分子生物学、基因调空、金融科技……


就业方向

科研岗位:

主要是在科研机构、高等院校和医院等就职,运用大数据支持生物医学成果研发;

应用岗位:

主要是在全球性医药公司和高薪信息类企业等,以信息学为手段,结合生物医学背景,研发新药和新治疗手段;

管理岗位:

在政府职能部门、相关事业单位和高薪企业机构等从事大健康产业数字化管理。


ZJE研究员、博士生导师刘琬璐告诉你:

选择ZJE生物信息学的三个理由

1.好玩:

学习生物信息学可以让同学们用大数据、信息学、人工智能的手段去挖掘无数生物医学信号背后的机制;

2.有用:

通过生物信息学手段聚焦具体生物学问题,也可以应用于基础生物医学问题研究或者临床转化问题研究,对于人类健康事业具有重大意义,是一个欣欣向荣的方向;

3.有机会:

 ZJE国际化、全英文的环境给生物信息学学生提供了优秀的平台,让他们在本科便拥有进入实验室的机会,有机会与全球顶尖科学家交流沟通,自信地行走世界。


生物信息学最吸引同学们的是


“在学习的过程中,除生物方面的知识外,还能了解到一些编程技巧。这种多领域知识的结合性学习不仅能开阔我们的视野,让我们能用更多维的眼光去发掘和研究问题,同时也能给我们提供不断切换不同思维方式的机会,使学习充满了乐趣,不至于枯燥乏味。”

——2021级李明石

 

在产生的大量数据之下,许多生物学问题仍然难以捉摸,需要跨不同尺度和学科进行有效分析。生物信息学是一个跨学科的领域,应用信息分析来解决生物问题,十分依赖于具有多学科技能的研究人员。在后疫情时代,人们对于健康领域愈发关注,同时随着技术发展,我们能得到的生物信息更多,这会进一步激发生信的发展,所以我十分看好这个专业的前景。

——2019级郝宁慧

 

生物信息学专业提供给学生高度交叉融合的发展平台。我可以拥有更为广阔的国际视野,以探索时下飞速发展的大健康与大数据产业。在医学与数据科学的碰撞中,我能够寻找引领人类健康事业前进的新发现。求知路上,学院提供大量零距离接触科研工作者,参与科研实践的机会,鼓励我不断创新,挑战未知。

——2022届本科毕业生归逸凡(现剑桥大学在读博士)