生物信息技術(shù)在微生物研究中的應(yīng)用

張萬武

摘 要：生物信息學(xué)是以生物學(xué)、數(shù)學(xué)及計(jì)算機(jī)科學(xué)為基礎(chǔ)而發(fā)展形成的一門學(xué)科，該門學(xué)科以核酸與蛋白質(zhì)作為主要的研究對象，研究手段以計(jì)算機(jī)科學(xué)及數(shù)學(xué)為主，進(jìn)而對生物學(xué)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的獲取、儲存與分析，進(jìn)而達(dá)到對數(shù)據(jù)內(nèi)所涵蓋的生物學(xué)進(jìn)行揭示的目的。我國生物信息學(xué)的快速發(fā)展，也為生命學(xué)科研究提供了有效的基礎(chǔ)。隨著我國生物研究不斷的深入與計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，當(dāng)前生物信息學(xué)已經(jīng)在多個領(lǐng)域發(fā)揮出了重要作用?；诖?，本文對生物信息技術(shù)在微生物研究中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：生物信息技術(shù);微生物研究;應(yīng)用

隨著人類HGP的有效實(shí)施，生物信息技術(shù)因此應(yīng)運(yùn)而生，逐漸成為了21世紀(jì)中自然科學(xué)的核心技術(shù)。微生物具有分布廣、容易繁殖、種類繁多及變異等特點(diǎn)，因此，多被用作模式生物來進(jìn)行研究，在一定程度上促進(jìn)了我國生物信息學(xué)的發(fā)展。人們在對自然界中的微生物進(jìn)行研究的過程中，可以對環(huán)境進(jìn)行檢測及評價(jià)，對微生物進(jìn)行研究與闡明，明確污染物、微生物及環(huán)境之間的相互作用關(guān)系等，對于環(huán)境保護(hù)有著極為重要的意義。

1 微生物鑒定中生物信息技術(shù)的應(yīng)用

在微生物研究過程中，對微生物的遺傳多樣性進(jìn)行鑒定是一項(xiàng)具備較高難度的課題，而現(xiàn)階段使用生物信息技術(shù)來提高該項(xiàng)課題的解決效率，是一項(xiàng)最為行之有效的手段。生物信息技術(shù)是以蛋白質(zhì)序列、DNA序列及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，因此，可以為科研人員提供精確快速的基因手段來對微生物進(jìn)行鑒定，尤其是在對新微生物進(jìn)行鑒定的過程中，更加能體現(xiàn)出生物信息技術(shù)的重要性。在前些年間，我國對于微生物的鑒定都是采用較為傳統(tǒng)的表型分型及生化分型方法，近些年來，隨著生物信息技術(shù)的快速發(fā)展，其中的DNA測序鑒定方法受到了廣泛的應(yīng)用，該種方法相較于傳統(tǒng)的鑒定方法具備更高的準(zhǔn)確性與快速性。例如PacBio SMRT技術(shù)所采用的單分子測序法，該種方法可以利用熒光信號來對微生物進(jìn)行測序工作，可以實(shí)現(xiàn)合成工作與測序工作的同步進(jìn)行，SMRT芯片為測序載體，在該芯片上具有較多的小孔，孔內(nèi)含有DNA聚合酶，可以在進(jìn)行測序的過程中與模板進(jìn)行有效的結(jié)合，在進(jìn)行堿基的配對環(huán)節(jié)，熒光的色彩會與堿基進(jìn)行分別對應(yīng)，加入的堿基不同，堿基就會散發(fā)出不同顏色的光，進(jìn)而根據(jù)光的峰值與波長，就可以對堿基的類型進(jìn)行判斷。

2 微生物溯源中生物信息技術(shù)的應(yīng)用

微生物溯源分析具備著較高的難度，微生物的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系較為復(fù)雜，而使用生物信息技術(shù)能夠建立進(jìn)化樹，進(jìn)而對物種及分子之間存在的進(jìn)化關(guān)系進(jìn)行描述，這就是生物信息技術(shù)在微生物溯源分析中的重要應(yīng)用?？蒲腥藛T在對微生物進(jìn)行研究的過程中，如果發(fā)現(xiàn)新型病毒，就需要對該病毒進(jìn)行全基因測序，進(jìn)而通過相應(yīng)的基因?qū)Ρ?，找到相類似的病毒對其進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育分析，建立系統(tǒng)發(fā)育樹。通過系統(tǒng)發(fā)育樹可以找到與該病毒具備同源關(guān)系的病毒，將其進(jìn)行分析對比，進(jìn)而快速的找到微生物進(jìn)化的根源及應(yīng)用方式。

3 微生物藥物合成中生物信息技術(shù)的應(yīng)用

微生物具有多樣性，其代謝物也具備著一定的多樣性，而其所具備的多樣性也為人類對于新藥的發(fā)展與研究提供了重要基礎(chǔ)，特別是在生物信息技術(shù)快速發(fā)展的今天，針對微生物藥物的研究使全世界各國都加大了研究力度，研究成果也是不斷增加，對于微生物藥物的研究已經(jīng)步入了快速發(fā)展階段。在抗生素的研究領(lǐng)域，各國的科研人員更是加強(qiáng)了對微生物基因序列的分析與研究，進(jìn)而找到微生物合成的方法，利用合成酶基因工程來將微生物合成為天然產(chǎn)物。生物的合成相較于傳統(tǒng)化學(xué)合成來講，其可以利用共價(jià)系統(tǒng)對于不同結(jié)構(gòu)的構(gòu)建進(jìn)行組合嘗試，進(jìn)而形成不同類別的分子實(shí)體。生物合成在微生物的次級代謝產(chǎn)物合成過程中，對于涉及到酶編碼基因間交換與添加，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)人為基因組的形成，產(chǎn)生出新的天然化合物。

4 微生物致病基因研究中生物信息技術(shù)的應(yīng)用

現(xiàn)階段，隨著我國生物信息技術(shù)的快速發(fā)展，科研人員對于微生物的研究已經(jīng)逐漸轉(zhuǎn)向?qū)蚣盎蜷g或基因組的研究。通過對基因組序列同源性的有效比較，可以將微生物中病菌所在的群、形、種、屬進(jìn)行有效的尋找，進(jìn)而為疾病的解決提供依據(jù)。例如腸出血性大腸埃希菌，其是來自于食物中的致病細(xì)菌，且還是食物致病細(xì)菌中較為厲害的一種，只需低劑量的感染，就會對我們的生命產(chǎn)生威脅。我國科研人員通過對生物信息技術(shù)的應(yīng)用，建立出了基因組條形碼，進(jìn)而對系統(tǒng)研究平臺進(jìn)行了注釋，通過對高通量測序技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)細(xì)菌基因組海量序列數(shù)據(jù)的注釋，實(shí)現(xiàn)生物信息技術(shù)及分子生物學(xué)的高度融合。通過對生物信息技術(shù)的應(yīng)用可以對腸出血性大腸埃希菌的致病機(jī)理進(jìn)行研究，對于腸道疾病的防治與診斷有著重要的實(shí)踐意義。對于生物信息技術(shù)的應(yīng)用可以幫助科研人員加深對微生物種類的組成、細(xì)胞的數(shù)量方面的研究，進(jìn)而為微生物資源的開發(fā)與利用提供有效的指導(dǎo)。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著我國生物信息技術(shù)的快速發(fā)展，為我國的微生物研究領(lǐng)域提供了新的途徑，對于以后微生物的利用也提供了有效的基礎(chǔ)。因此，我們需要注重對生物信息技術(shù)的應(yīng)用，加強(qiáng)硬件投入，進(jìn)而為我國的微生物研究提供重要的技術(shù)支持，此外，還需要加強(qiáng)對生物信息人才的培養(yǎng)，建立完善的培訓(xùn)體系，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)微生物領(lǐng)域研究的重大突破。

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