大數(shù)據(jù)時代醫(yī)藥類碩士研究生生物信息學(xué)通識教育探索與實踐

李坤平，潘天玲

（廣東藥科大學(xué)，廣東 廣州 510006）

與現(xiàn)代分子生物學(xué)全面融合是當(dāng)前生物醫(yī)藥發(fā)展的顯著特征。隨著各種高通量測序技術(shù)和儀器分析技術(shù)的不斷發(fā)展，生物醫(yī)藥研究數(shù)據(jù)呈現(xiàn)爆炸式增長。常見的大鼠、小鼠等模式動物和人類自身研究數(shù)據(jù)，包括基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)、脂質(zhì)組學(xué)和糖組學(xué)等多組學(xué)數(shù)據(jù)以及小分子結(jié)構(gòu)與理化性質(zhì)、化合物活性與毒性、蛋白結(jié)構(gòu)與活性位點(diǎn)、藥物代謝等大規(guī)模實驗數(shù)據(jù)等已成為人類疾病和藥物研發(fā)的基礎(chǔ)資源，同樣也是醫(yī)藥類碩士研究生學(xué)習(xí)和開展課題研究必需的參考資料。面對海量的數(shù)據(jù)資源，以生物醫(yī)藥大數(shù)據(jù)研究為核心的生物信息學(xué)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為現(xiàn)代生物醫(yī)藥研究不可或缺的支撐。

生物信息學(xué)作為一門發(fā)展迅速的交叉學(xué)科，其概念對許多研究生而言并不陌生，但對其核心研究內(nèi)容和常用的研究方法、技術(shù)，大家卻知之甚少[1-2]。結(jié)合當(dāng)下生物醫(yī)藥大數(shù)據(jù)時代特征，嘗試將生物信息學(xué)列為醫(yī)藥類碩士研究生的通識教育課程，并在研究生培養(yǎng)過程中進(jìn)行教學(xué)實踐，現(xiàn)將一些體會整理如下，以期讓醫(yī)藥類碩士研究生得到更好的發(fā)展。

1 生物信息學(xué)通識教育的教學(xué)內(nèi)容

生物信息學(xué)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)庫種類繁多，功能各異，面向生物醫(yī)藥研究的各個領(lǐng)域，但最核心的依然是各種類型的生物大分子序列（DNA、RNA、蛋白質(zhì)）信息。在有限的學(xué)時內(nèi)，了解和認(rèn)識當(dāng)前主要的數(shù)據(jù)平臺和分析工具，掌握數(shù)據(jù)存儲、整理分析的常用方法，將會給生物醫(yī)藥研究提供豐富的知識借鑒，這也是醫(yī)藥類碩士研究生應(yīng)該具備的基本科研素養(yǎng)之一。

在生物信息學(xué)通識教育課教學(xué)實踐中，我們將“網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)平臺的認(rèn)識”作為基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容，其包括：（1）美國國立生物技術(shù)信息中心NCBI的GenBank國際核酸序列數(shù)據(jù)庫；（2）U－niprot蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫；（3）HMDB 代謝物數(shù)據(jù)庫；（4）METLIN（Scripps Research Institute）代謝物質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫等。上述數(shù)據(jù)平臺大多對全球科研工作者、教育工作者以及學(xué)生等提供免費(fèi)服務(wù)，是醫(yī)藥類碩士研究生教育和科研極好的網(wǎng)絡(luò)資源。

同時，網(wǎng)絡(luò)平臺工具的選擇與學(xué)習(xí)也是生物信息學(xué)通識教育的核心內(nèi)容之一。生物信息學(xué)領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)平臺工具種類繁多，對于基本生物信息學(xué)的分析，包括核酸序列中基因的發(fā)現(xiàn)、酶切位點(diǎn)和開放閱讀框分析、編碼蛋白理化性質(zhì)預(yù)測、二級結(jié)構(gòu)分析、信號肽分析、蛋白質(zhì)保守結(jié)構(gòu)域分析、跨膜區(qū)預(yù)測、亞細(xì)胞定位預(yù)測和三維同源建模等均有較多的在線工具。在教學(xué)過程中，我們主要對歐洲生物信息學(xué)研究所和丹麥技術(shù)大學(xué)生物信息學(xué)中心等提供的在線分析程序進(jìn)行了介紹。此外，也將一些常用離線分析軟件，例如 Mega 6、DNAMAN 8、BioEdit等進(jìn)行了簡單介紹。除此之外，對于可免費(fèi)獲取的生物信息學(xué)深度學(xué)習(xí)軟件，例如MetaboAnalyst 3.0、Cytoscape 3.6.0以及OmicShare，也進(jìn)行了初步介紹。另外，對于與生物信息學(xué)發(fā)展密不可分的R語言的學(xué)習(xí)與應(yīng)用，我們也向?qū)W生做了簡單介紹。當(dāng)然，生物信息學(xué)發(fā)展日新月異，各種新工具層出不窮，教學(xué)內(nèi)容不可能全都涉及，而作為一門面向碩士研究生的通識教育課程，主要是希望起到一個引導(dǎo)作用，培養(yǎng)碩士研究生相關(guān)方面的基本知識素養(yǎng)。

2 生物信息學(xué)通識教育的教學(xué)方法

在教學(xué)實踐中，我們將生物信息學(xué)課程的總學(xué)時設(shè)置為18學(xué)時，計1學(xué)分。此課程以小組討論式教學(xué)為主，不單獨(dú)設(shè)置實驗課程，而根據(jù)教學(xué)需要，隨時進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)和計算機(jī)操作演示及練習(xí)。這樣的教學(xué)模式雖然進(jìn)度稍慢，但對于所講內(nèi)容，都經(jīng)過學(xué)生親自操作，并且對課程所涉及的內(nèi)容都提供網(wǎng)絡(luò)資源和鏈接，學(xué)生能獲取詳細(xì)資料，對所需軟件能實時下載安裝，這些都給他們后續(xù)的課題研究和學(xué)習(xí)、論文寫作等打下了良好的基礎(chǔ)。

與此同時，借助我校毗鄰廣州生物島（島上生物信息技術(shù)公司眾多）的優(yōu)勢，在課程教學(xué)期間，邀請生物信息技術(shù)服務(wù)公司技術(shù)支持或項目工程師來校舉辦專題講座，一方面，讓學(xué)生熟悉最新的生物信息學(xué)發(fā)展動態(tài)；另一方面，加深學(xué)生對生物信息學(xué)技術(shù)服務(wù)市場供給側(cè)的了解，為他們在后期課題研究中遇到問題提供可咨詢的渠道。

3 生物信息學(xué)通識教育教學(xué)實踐與體會

3.1 以科研項目為基礎(chǔ)的案例式教學(xué)效果好

由于生物信息學(xué)課程任課教師在其承擔(dān)的科研項目中都涉及生物信息學(xué)分析內(nèi)容，因此，我們要求教師基于自身承擔(dān)的科研項目進(jìn)行案例式教學(xué)。從教師和學(xué)生的反饋來看，效果較好。在案例式教學(xué)中，一方面，任課教師對所需進(jìn)行的生物信息學(xué)分析思路和方法都很熟悉，能更好地開展教學(xué)；另一方面，學(xué)生能感受到生物信息學(xué)在生物醫(yī)藥科研中的重要作用。

3.2 課堂討論與現(xiàn)場實踐結(jié)合能促進(jìn)教學(xué)轉(zhuǎn)化

生物信息學(xué)課程教學(xué)離不開網(wǎng)絡(luò)和計算機(jī)，因此，要求教師從自身科研項目中篩選合適的內(nèi)容，比如，對某一候選基因進(jìn)行生物信息學(xué)分析、對某一組差異表達(dá)基因和差異代謝物數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)控網(wǎng)絡(luò)分析等，先組織學(xué)生討論，再引導(dǎo)學(xué)生一步一步實踐操作，讓他們親身經(jīng)歷并積累相關(guān)經(jīng)驗，為后期獨(dú)立開展課題研究打下基礎(chǔ)。

3.3 合理的課后作業(yè)能強(qiáng)化課堂學(xué)習(xí)效果

在教學(xué)實踐中我們發(fā)現(xiàn)，面對海量的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)資源，要使學(xué)生學(xué)會有效甄別，僅靠有限的課堂學(xué)時遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。合理布置課后作業(yè)，例如讓學(xué)生結(jié)合專業(yè)進(jìn)行有針對性的生物信息學(xué)分析訓(xùn)練，對強(qiáng)化課堂學(xué)習(xí)效果有很好的促進(jìn)作用。

4 結(jié)語

生活在生物醫(yī)藥大數(shù)據(jù)時代，生物信息學(xué)對生物醫(yī)藥研究的重要性日益凸顯，社會和行業(yè)發(fā)展對醫(yī)藥類碩士研究生生物信息學(xué)素養(yǎng)的要求也不斷提高[3-5]。我們在課程教學(xué)中不斷探索實踐，已形成了具有一定特色的生物信息學(xué)通識教育教學(xué)方法，這為今后培養(yǎng)高素質(zhì)、創(chuàng)新型生物醫(yī)藥人才奠定了基礎(chǔ)。