第一章 绪 论
第一节 计算机在生命科学中的应用
一、应用现状
1、计算机在生命科学领域中的应用普遍，计算机 已广泛应用于微生物学、遗传学、生态学、医学、 人口学、药物动力学、生理学、分子生物学等领 域。
2、生物信息学、数值方法、数据模型化、最优化 实验设计等在生命科学中越来越显示出强有力的 作用。
生命科学问题的数量化 用生物物质制造计算机，解决计算机发
展存在的问题（存储和计算速度）。 DNA计算机 蛋白质计算机
2019年交大科技消息1
2019/1/30-“Science”发表了署名“中国 SARS分子流行病学协作课题组”的论文 “中国SARS流行期间SARS冠状病毒的分 子进化”
Bialek and Botstein propose incorporating mathematical and quantitative approaches into biological sciences curricula, not merely as prerequisite courses to be suffered as a rite of passage but as full-fledged components of the training of a contemporary scientist.
生物数学的分支学科较多，从生物学的应用 去划分，有数量分类学、数量遗传学、数量 生态学、数量生理学和生物力学等；
从研究使用的数学方法划分，又可分为生物 统计学、生物信息论、生物系统论、生物控 制论和生物方程等分支。
生物学
遗传学 生态学 生理学 生物动力学 生物分类学 等
生ห้องสมุดไป่ตู้数学
计算机
数学
统计学 线性代数 信息论 微分方程 概率论 积分变换等
蛋白质计算机利用分子内电子或质子的传 递、状态的变化等原理制备蛋白质晶片代 替现有芯片。
生物计算机的优点首先是体积小，存储的 信息量大。其次，这种电脑运算速度极快。 第三是最大限量的减少能耗，DNA电脑的 能耗，仅为普通电脑的十亿分之一。
生物数学
生物数学是生物学与数学之间的边缘学科。 它以数学方法研究和解决生物学问题，并对 与生物学有关的数学方法进行理论研究。
论文将2019/2019期间的SARS流行划分为 早、中、晚三期进行分析，揭开沙斯分子 流行病学之谜，破解了沙斯冠状病毒变异 和进化的规律。
主要内容
课题组完成了来自广东和香港的SARS发展各阶段的 24个病人的18株SARS冠状病毒及11份含病毒生物样 品的病毒基因组全序列测定，结合已经公开的其他 32条人类SARS冠状病毒及2条果子狸的SARS样冠状 病毒的基因组全序列进行生物信息学分析，研究 SARS冠状病毒在流行过程中的分子变异规律。
通过进化模型的计算获得了一系列关键的基础数据， 发现SARS冠状病毒基因组的中性突变率是稳定的， 认识到了SARS冠状病毒基因组各主要片段对于环境 选择压力的不同的响应及其与SARS流行过程的相关 性。
交大科技消息2
上海交大和中科院上海营养科学研究所协 作攻关，在试管中完成了DNA计算机的雏 形研制工作，在实验上把自动运行与表面 DNA计算结合到了一起。这在中国属首次， 相关论文已发表在中国《科学通报》49卷 第1期的英文版上。
主要内容
采用双色荧光标记对输入与输出分子进行 同时检测，用测序仪对自动运行过程进行 实时监测，用磁珠表面反应法固化反应提 高可控性操作技术等，以至最终在一定程 度上完成模拟电子计算机处理0、1信号的 功能
生物计算机
DNA计算机把二进制数翻译成遗传密码的 片段，每个片段就是一个链。对问题以新 的DNA编码形式加以解答。
生物数学的发展过程
1901——Pearson, “ 生物统计学杂志” 1920s——Rashevsky, Lotka, 生物方程、生物数
学模型 1940s——计算机产生，数量分类学、生物控制
论、信息论随之产生 1970s——数学的各项内容应用于生物学，包括
经典数学、应用数学 1990s——生物信息处理 2000s——计算生物学、生物数学复杂模型等
Galileo wrote that “the book of nature is written in the language of mathematics ”;
Nearly 400 years later,the fragmented teaching of science in our universities still leaves biology outside the quantitative and mathematical culture that has come to define the physical sciences and engineering.
SCIENCE VOL 303：6
FEBRUARY 2019
Introductory Science and Mathematics Education for 21st-Century Biologists
William Bialek and David Botstein
计算机在生命科学中的应用
讲述计算机在生命科学中应用的共性问题 具体内容：生命科学中的数值方法、生物
统计学、生命科学实验数据处理、生命科 学中的数学模型及其求解、生命科学实验 设计、生物信息学、生命科学中的常用软 件等几个部分。 主要应用MATLAB为计算工具。
课程教学安排
总学时：54学时 其中：课堂教学/32学时，上机练习/16学
时(生物楼三楼机房), 大作业/6学时 成绩评定：平时成绩50%，考试成绩50% 教材：《计算机在生命科学中的应用》 参考书籍：计算机数值方法、MATLAB、
生物统计学、回归分析、数学建模、生 物信息学等相关书籍
计算机与生命科学的结合
用计算机技术（数学方法）研究和解决 生命科学问题。