浅谈计算机技术与生物技术在应用中的相互作用

２ 生物 技术 的起源及 基本概 念
生物技术是一门新兴的综合学科。它以生命科学为基础 ，应用先进 的科学原理以及工程技术手段对生物材料进行加丁 ，为人类生制造 出所 需 要 的产 品 或者 达 到某 种 目的 。这 项新 兴 技 术是 由古 老 的低 技术 发 展来 的，经历 了以厌氧微生物发酵为主的初始阶段 ，自从２世纪７年代末 ， ０ ０ 生物技术才有了质的飞跃 ，进入了广泛实用的研究阶段。 遗传工程是将遗传学与工程学相结合的一项生物技术 ， 就是用工程 设计 的方法，把生物体上取出的有关 的遗传物质进行人Ｔ的加Ｔ制造 ， 创造 ｍ新物种和生物产品 ，这一整套新技术就称为遗传ｌ程 。 Ｔ 广义 的遗传＿ Ｔ程是指在细胞水平 、分子水平和亚细胞水平上 ， 对生 物的遗传性状进行重组或改造。它包括染色体工程 、细胞工程 、基冈工 程和细胞质工程。 狭义的遗传工程是指基因工程 ，因基 因工程是遗传工程主体。 基因工程是指在分子水平上 ，在生物体外用人工的方法将一种生物 的遗传物质与另外一种生物的遗传物质进行重新组合成为一体 ，这种人 为的进行遗传物质的重组 ，便是基因操作得ＤＮ 重组 。小可否认 ，生物 Ａ 技术发展到今天的水平 ，计算机技术提供了有力的支持。
的作用和应用来 阐明其 未来的发展方 向，这对 于计 算机技术和生物技术 的发展 具有重要意 义。
关键 词 计算机技 术 ；生物技术 ；相互作用 ；神经 网络 中 图分类 号 Ｔ 文 献标 识码 Ａ 文 章编 号 １７— ６１（ １） １０４— １ Ｐ ６３９７一２ ０１ — １００ ０ ２
【】 ２杰里米 ・ 里夫金 ． 物技术世 纪—— 用基因重 塑世界 】 生 ． 北京 ： 中国科学技术
出版社，９ ６ １９ ．
计算机技术是以１４ 年在美国费城的宾夕法尼亚大学工程师们成功 ９６ 的研制出了第一台计算机为标志出现的。
１ ）生物 测 定 学 。 物 测定 学 是 利 用 每 个人 的唯 一 生 物 特 征 或者 行 为 的特 征 ，并 且 综合 了人 机交 互 、 图像 处 理 与模 式识 别 、计算 机 图形 学 等 技 术 ，对 人 进行 自动 的 识 别 和验 证 的一 门 学科 。２）神 经 网 络 。经 网络 由被 叫做 神 经 元 的处 理 单 元 组 成 。它 们 通 过 单 向信 号 通 道 完 拿 连 接 起 来 。每个 神 经元 可 以从 许 多 来 源去 获 取数 据 ，却 只 能 在一 个 方 向上 去 发 送数据。一个输 出连接可以分支出许多个其它德连接 ，但是每个连接要 去运载回样的信号。每个输入信号都乘 以相应 的一个加权系数，这就与 脑子的突触力有些相似。然后 ，所有加权输入加起来 ，来确定激活该神 经元 的电平 ，这便是神经 网络模型。３）Ｄ Ａ Ｎ 计算机。Ｎ 计算机的基本 Ａ
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应 用 科学
２ ２ 科０第期 Ｌ ０年 ３ １ 霸
浅谈计算机技术与生物 技术在应用 中的相 作用
谢 东迅
（ 长沙 医学院计算机系 ，湖南长沙 ４ ０ １ １ ２９）
摘 要 论 述生物技术和计算机技术 的出现 、发展以及两种技术 在各 自发展过程 中的相互渗 透和相互作用 。通过两个 学科在另一个学科 内
计 算机 在 生物 方 向发 展 的 主要 方 向 。
参 考 文献 ［］ １ 李亚 一等． 生物技 术——跨 世纪技 术革命 的主角［ ． Ｍ］ 上海： 上海科 学教 育出版
社 ．０ ０ ２０
３ 计算 机在生物 技术 中的应 用
在 方 兴未 艾 的 生物 技 术 世界 里 ，信 息 技 术将 会 用 于对 遗 传 物质 的分 离 、组织 、下载 、编辑 、翻译和编程等方面。同时 ，基 因也是生物存在 的化身 ，其中储存的丰富遗传指令会帮助生物对其整个生命旅程进行调
节 。计算机技术 和基因一起形 成了一个新的强大结合体。在未来 岁月 里 ，人类会越来越多使用计算机来处理 、 来重新调整和去组织生命世界 大量的遗传信息。 计算机把信息以一种具有革命性的方法进行组织 ，来成为一种管理 基因、细胞 、器官 、生物乃至生态罔之间流动和相互作用的理想工具 。 计算机管理的信息在软件作用下在计算机屏幕上闪现 ，其动态 、 容易编 辑、可重新组和和短暂易逝等特点与基 因动态本质有很多的共性，基因 在编写生命 的过程中也不断地被开启或者关闭。计算机 的组织方式 ，例 如并行计算 ，就与生命系统是相似性 的，在生命的维持过程中 ， 每一部 分都是不断 自我调节和更新 的动态网络 。 时，你必须将信息科学与分 有 子生物学两个领域看作一个非常复杂的信息处理系统”。 计算机在生物方面的应用主要体现在计算机在基 因作图和Ｄ Ａ Ｎ Ｎ序 中的应用 ；计算机在管理基因数据和破译遗传密码方面的应用 ；计算机
计算机技术 和生物技术 已经发展到了繁盛时期 ，经过科研工作者多 年的努力，把生物技术和计算机技术进行很好的融合 ，从而得到了许多 新 的思维方法和技术成果 ，现在就对计算机技术起源和具有生物技术特
征 的计算 机技 术 的基 本概 念 和思 想进 行 阐述 。
１ 计算机技 术 的起源及 基本概 念
在创 造 生物 虚 拟环 境方 面 的应 用 。
原理是 ： Ｎ 分子 中的密码作为存储 的数据 ，当Ｄ Ａ Ｄ Ａ Ｎ 分子间在某种酶 的 作用 下瞬间完成某种生物化学反应时 ，可 以从一种基 因代码变为另一 种基因代码 。如果将反应前的基因代码作为输入数据 ，那么反应后 的基 因代码就可作为运算结果。这样，通过对Ｄ Ａ Ｎ 双螺旋进行丰富的精确可 控的化学反应 ， 包括标记 、扩增或者破坏原有链来完成各种不同的运算 过程 ，就可能研制成一种 以Ｄ Ａ作为芯片的新型计算机 。４）分子计算 Ｎ 机 。物分子是很好的信息处理材料 ，每一个生物 分子 就是一个微处理 器 ，分子运动 中以可预测的方式来进行状态的变化 ，它 的原理类似于计 算机逻辑开关 ，以此来对算机进行设计 ， 这是非常奇妙的设想 ，单个分 子以等同于晶体管和二极管及微电路 中其它元件的方式来工作 ，可以进 行传导 、 来改变 电 ，也可以去存储信息。 流
４ 生物 技术 在计算机 技 术发展 中的作 用 生物信息学 突然的出现并不令人感到惊奇 。到现在位置 ，已经有很 多如比尔盖茨等有战略眼光的大商人 已经把眼光放在了这个新兴 的领域 方面。在 当今世界，生物技术在计算机技术的发展中已经具有 了不可替 代的作用 ，促进了一大批新技术 的冉现 ，其主要作用表现在 以下方面： １ Ｎ 芯片的出现。Ｎ ）Ｄ Ａ Ａ芯片是用光刻法来制备的 ，使用同样的技 术来制备计算机 的微处理器。正像微处理器一样 ，ＤＮ 芯片富含的信息 Ａ 在 日益增加 。Ａｌｍ ｔｘ 司ｌ９ 年的第一块Ｄ Ａ芯片原型上有２ ０ ０ － ｆ ｅｒ 公 ｙ ｉ ４ ９ Ｎ ０ ０ ４ ＤＡ Ｎ 探针 ，今天他们 的ＤＮ 芯片具有４ 万个 以上个探针。２ Ａ Ｏ ）ＤＮ 计算 Ａ 机的工作原理及设想。息科学 与生命科学整合的最终产物会是 “ Ｎ ” Ｄ Ａ 计算机”的出现 ，该计算机不是用硅的而是用Ｄ Ａ Ｎ 链做成 的可以思考的 机器 ， 科学家已经设计了第一 台Ｄ Ａ Ｎ 计算机。大量的计算机科学家和分 子生物学家都预测到 ，在进入 生物技 术世 界不久 ，大量的计算将 都通 过Ｄ Ａ Ｎ 进行 ，而不是在微 芯片的集成电路上去进行。Ｄ Ａ Ｎ 计算机处理信 息 的能力会大大 的超过任何 已有 的先进 的巨型计算 机。许 多传统计算 机是按顺序进行计算 的，每次仅能处理一个事件 。与这种处理方式不 同 ，ＤＮ 计算机能够进行大规模的并行计算，理论上可同时处理 １１个 Ａ ０７ 事件 ，这是十分庞大的 ，其他计算机无法 比拟的。３）Ｄ Ａ计算机 的出 Ｎ
现 。２０ 年 １月 ２ ０ １ ９日，以 色 列 的科 学 家 向全 世 界 推 出 了 由酶分 子 和 Ｄ Ａ １ Ｎ 分子构成的Ｄ Ａ Ｎ 计算机 ，该计算机每秒可进行１亿次运算 ，而一万个这 Ｏ
样 的计算机仅有一滴水那 么大 。４）计算机正 向神经网络的方向发展 。 经 网络是一种利用计算机模仿生物神经 网络的处理 系统。其 内涵是 ，它 为一套计算系统 ，使用 了大量 的简单的相连人工神经元来进行生物神经 网络 的模 拟 ，就像 生 物 干ｊ 对 外 界刺 激 的 接 收 、处 理 和反 应 。人 工 神 ｆ ｆ 经元 经 元 从其 他 神 经元 获 取 信 息 ，然 后 加 以简 单 运算 、再输 出结 果 。这 将 会