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生物技術與信息技術的關系

生物技術是以生命科學為基礎,利用生物體(或生物組織、細胞等成分)的特性和功能,設計和構建具有預期性能的新物質或新菌株,並結合工程原理加工生產產品或提供服務的綜合性技術。信息科學是研究信息的獲取、傳輸和處理的技術。它是計算機技術、通信技術和微電子技術相結合的壹門新興學科,即利用計算機處理信息,利用現代電子通信技術從事信息的采集、存儲、加工和利用,以及相關的產品制造、技術開發和信息服務。信息技術和生物技術都是高科技,在新經濟中不是壹種取舍關系,而是相輔相成,將推動21世紀經濟的快速發展。

1.生物技術的發展需要信息技術的支持

(1)信息技術為生物技術的發展提供了強大的計算工具。在現代生物技術的發展中,計算機和高性能計算技術起到了巨大的推動作用。英國桑格賽萊拉基因研究公司

在該中心、懷特海研究所、美國國立衛生研究院和中國科學院遺傳研究所人類基因組中心聯合繪制的人類基因組草案發布中,許多美國研究機構特別強調,正是信息技術供應商提供的高性能計算技術使這壹切成為可能。同樣,在名為“生命科學阿波羅登月計劃”的人類基因草圖誕生期間,康柏的Alpha服務器也為研究人員提供了出色的計算能力。業內人士分析,這場激烈的基因解碼競賽背後是壹場超級計算能力的競賽,同時這種競賽有助於大眾對超級計算機的超級能力形成壹個大致的認識。在此之前,這些至少價值數百萬美元,可以超高速運行的機器壹直默默無聞。它們被用來控制核反應堆、預報天氣或與世界級的國際象棋大師對弈。如今,人們越來越意識到,超級計算機在創造新藥物、治療疾病並最終使我們能夠修復人類基因缺陷方面非常重要。高性能計算可以為人類做出更大的貢獻。

賽萊拉公司的首席執行官在接受《今日美國》采訪時表示:“這是人類歷史上第壹次以線性方式組合人類遺傳密碼。”Celera公司想要以正確的順序排列32億個堿基對,這個挑戰是已經嘗試過的大規模計算中最嚴峻的壹個。為了完成這壹歷史性項目所需的海量數據處理,Celera公司使用了700個互聯的Alpha64位處理器,計算能力為每秒1.3萬億次浮點運算。同時,Celera還采用了Compaq的Storage Works系統來管理壹個空間為50TB、年增長率為IOTB的數據庫。康柏電腦公司董事會主席曾在壹次演講中說:“如今,我們很難將生物技術的進步與高性能計算的發展分開。事實上,許多頂級科學家認為高性能計算是生物學和醫學的未來。將來,越來越多的功能強大的計算機和軟件將被用來收集、存儲、分析、模擬和發布信息。

信息技術還有助於加強生物技術領域各種數據庫的管理、信息傳遞、檢索和資源共享。繼基因測序儀之後另壹個在生物技術領域引人註目的硬件是基因芯片,它的發展也非常依賴信息技術。基因芯片排列並固定在顯微鏡載玻片或矽片等基底上。把基因片段放在這個芯片上,把樣本的基因片段放在基因芯片閱讀器(也是解碼裝置)上,樣本信息就可以快速比對解碼。基因測序儀是從零開始破譯樣本遺傳信息的裝置,而基因芯片及其閱讀器是通過與已有的遺傳信息進行比較來破譯信息的裝置。在這個領域,美國企業是有名的,但日本企業在與美國企業合作的同時,也在積極參與這個領域的發展。

(2)生物技術的發展需要特定軟件技術的支持。生物技術及其產業的發展將進壹步增加對生物技術軟件的需求,軟件技術將成為支撐生物技術及其產業發展的關鍵力量之壹。在生物技術的各個領域,都需要相應的專業軟件來支撐:1)各種生物技術數據庫的建設需要性能優異、更新迅速的軟件技術;2)核酸的低級結構分析、引物設計、質粒作圖、序列分析、蛋白質低級結構分析、生化反應模擬等也需要相應的軟件及其技術支持;3)加強生物安全管理和生物信息安全管理也離不開軟件及其技術發展的支持。

生物技術為信息技術的發展開辟了壹條新的道路。

(1)生物技術推動超級計算機產業發展。隨著人類基因組計劃任務的完成,核酸和蛋白質的序列和結構數據呈指數級增長。面對如此龐大復雜的數據,只有用計算機來管理數據,控制誤差,加快分析過程,人類才能從中受益。但是,要完成這些過程,超出了普通計算機的能力,而是需要擁有超強計算能力的計算機。因此,生物技術的發展將對信息技術提出更高的要求,從而促進信息產業的發展。更有說服力的例子是,在2002年10月22日出版的《自然》雜誌上,165438+,以色列科學家宣布研制出壹種由dna分子和酶分子組成的微型“生物計算機”。壹萬億臺這樣的計算機只有壹滴水那麽大,運算速度達到每秒100億次,準確率99.8%。當然,像所有新技術壹樣,壹些科學家持懷疑態度。他們認為,這個試管裏的計算機有致命的缺陷,因為生化反應本身具有壹定的隨機性,這個操作的結果不壹定完全準確;而且參與運算的dna分子無法像傳統計算機那樣相互通信,只能“各自為戰”,不足以處理壹些大規模計算。

歐美國家和日本相繼建立了生物信息數據中心,如美國的國家生物技術信息中心(ncbi)、英國的歐洲生物信息研究所(ebi)、日本的70多家制藥、生物、高科技公司組成的“生物產業信息化”等。根據高盛財團2001的壹份報告,ibm、sun、Compaq、等公司與生物技術公司和研究公司達成了至少12項合作意向,* * *有超過140項合作協議,涉及各個技術領域,包括基因芯片,由計算機模擬。

(2)生物技術將從根本上突破計算機的物理極限。目前使用的計算機都是基於矽片的。由於物理空間的限制,以及能耗和散熱的問題,它們必然會遇到發展的極限。要取得大的突破,他們需要依靠新材料的創新。2000年,美國加州大學洛杉磯分校的科學家根據生物大分子在不同狀態下可以產生信息與否的特性,研制出分子開關。2001年,世界上第壹臺能自動運行的DNA計算機問世,被評為當年世界十大科技進步。2002年,DNA計算機研究領域的先驅阿德勒曼教授用壹臺簡單的DNA計算機在實驗中找到了壹個有24個變量和1萬種可能結果的數學問題的答案,DNA計算機的發展邁出了重要的壹步。

信息產業和生物產業無疑是高科技產品。在生命科學的研究中,計算機總是不可或缺的。如果妳去基因組測序研究所,大量基於超級計算機的測序儀會讓妳誤以為妳在壹家信息技術公司。生物產業因計算機的加入而加速,信息技術產業也因生命科學的需要而發達並有利可圖。利用數學、計算機科學和生物學的各種工具來闡明和理解基因組研究獲得的大量數據中所包含的生物學意義,生物學和信息學相互交叉和結合,從而形成壹門新的學科。生物信息學或信息生物學,其進步帶來的好處是不可估量的。美國湧現出大量基於生物信息學的公司,希望在基因工程藥物、生物芯片、代謝工程等領域尋找財富。生物信息學行業潛力巨大。可以說,生物技術與信息技術的融合是世界經濟市場的未來。在深圳舉行的第三屆中國國際高新技術成果交易會高新技術論壇上,中國工程院副院長侯雲德院士指出,生物技術產業應定位為繼信息產業之後的重點產業。他說,信息和生物技術是關系新世紀中國經濟發展和國家命運的關鍵技術,將成為中國創新產業的經濟增長點。

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