大數(shù)據(jù)藥物設計學教學探討

徐英岐 白靜 徐娟 李霞

摘 要：大數(shù)據(jù)藥物設計學是隨著生物信息學發(fā)展，生物信息學與藥物設計學相結合的新興學科，是生物信息學藥物組學專業(yè)，藥學專業(yè)的必修課程。因此開設大數(shù)據(jù)藥物設計學課程，是提高藥物研發(fā)數(shù)據(jù)挖掘的關鍵。因此優(yōu)化教學內(nèi)容、改進教學方法，使教學效果提升是大數(shù)據(jù)藥物設計學的關鍵問題。

關鍵詞：大數(shù)據(jù) 生物信息學 藥物設計學 教學方法

目前，全球藥物研發(fā)普遍面臨著成功率低、花費高、研發(fā)生產(chǎn)周期長的瓶頸。隨著高通量篩選、深度基因組測序、臨床實驗等生物、化學、醫(yī)藥研究數(shù)據(jù)急速積累，生物醫(yī)藥大數(shù)據(jù)持續(xù)增長。生物信息學可以快速地分析、選擇，幫助人們從海量數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)和確定和藥物研發(fā)有關的關鍵信息，有助于提高藥物研發(fā)的成功率。大數(shù)據(jù)藥物設計學以藥物研發(fā)流程為主線，主要圍繞大數(shù)據(jù)在藥物研發(fā)過程中各個階段的應用，研究內(nèi)容主要包括基于大數(shù)據(jù)的藥靶發(fā)現(xiàn)，基于大數(shù)據(jù)的藥物毒理學研究，個體化用藥，藥物重置等。哈爾濱醫(yī)科大學生物信息科學與技術學院2015在本科教育中開設大數(shù)據(jù)藥物設計學課程，全國首家。經(jīng)過四年的教學探索與實踐，取得了優(yōu)異的教學成果。本文主要從課程內(nèi)容的選擇，優(yōu)化和教學方法兩個方面進行總結。

一、教學內(nèi)容設置

1.大數(shù)據(jù)藥物設計學基礎理論

藥物設計學是隨著藥物化學學科的誕生相應出現(xiàn)的。是藥物化學的一個分支學科，是圍繞著發(fā)現(xiàn)和設計新的藥物分子，藥物設計學的兩個核心目標就是先導化合物的發(fā)現(xiàn)和先導化合物的優(yōu)化。藥物設計學的教學內(nèi)容包括基于藥物結構的藥物設計，基于理化性質(zhì)的藥物設計，基于作用機理的藥物設計^[1]。隨著人們對疾病和藥物的認識，以及各類學科的出現(xiàn)，所以藥物設計從出現(xiàn)開始的偶然盲目，向有目標的科學合理的設計方向發(fā)展。經(jīng)過長時間的發(fā)展，人們對藥物設計有了更新、更深入的認識，藥物設計不再是簡單的對先導化合物的設計了，藥物設計是一個逐步的過程，是一個集合各種方法設計發(fā)現(xiàn)理想藥物的過程。

隨著醫(yī)藥大數(shù)據(jù)的發(fā)展，各類組學技術產(chǎn)生，我們發(fā)現(xiàn)，醫(yī)藥大數(shù)據(jù)貫穿藥物研發(fā)的整個過程中，傳統(tǒng)的藥物研發(fā)過程主要包括藥物發(fā)現(xiàn)，臨床前研究，臨床研究，藥物上市。而隨著大量藥物應用的大數(shù)據(jù)產(chǎn)生，也為上市藥物的二次開發(fā)提供了新思路^[2]，因此，大數(shù)據(jù)藥物設計的教學理論內(nèi)容主要是講授大數(shù)據(jù)在藥物研發(fā)各個環(huán)節(jié)中的具體應用，主要包括融合多組學的藥靶識別，大數(shù)據(jù)與藥物分子機理、大數(shù)據(jù)與藥物應答標志物發(fā)現(xiàn)、大數(shù)據(jù)與藥物毒理、大數(shù)據(jù)與精準治療。

2.課程數(shù)據(jù)來源

大數(shù)據(jù)獲取是大數(shù)據(jù)藥物設計學的關鍵內(nèi)容，本課程所需的數(shù)據(jù)主要是疾病組學數(shù)據(jù)，藥物組學數(shù)據(jù)，以及生物分子網(wǎng)絡的相關數(shù)據(jù)。疾病組學數(shù)據(jù)主要是疾病相關的基因組學數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)錄組學數(shù)據(jù)，蛋白組學數(shù)據(jù)，代謝組學數(shù)據(jù)，疾病組學數(shù)據(jù)主要來源是GEO數(shù)據(jù)庫、TCGA數(shù)據(jù)庫。藥物組學數(shù)據(jù)主要來源于cMAP數(shù)據(jù)庫，Cellminer數(shù)據(jù)庫等等。生物分子網(wǎng)絡的相關數(shù)據(jù)主要包括生物學信號通路數(shù)據(jù)庫（KEGG），人類蛋白質(zhì)互作數(shù)據(jù)庫（HPRD）以及功能注釋相關數(shù)據(jù)庫（GO）。

二、教學方法改進

大數(shù)據(jù)藥物設計學作為新興交叉學科，同時該課程具有一定的前沿性，開放性和創(chuàng)新性。需要學生既要具備生物信息學相關專業(yè)知識，又要具備藥學相關基礎理論，因此適當?shù)慕虒W方法有助于教學效果的提升，本文主要探討案例式教學和探討式教學。

1.案例式教學

案例教學起源于"哈佛大學"的情景案例教學課，目前也是公認的最有效的教學方式之一。在本課程的教學中，案例式教學是主要的教學方法之一。在講授藥物設計學的相關基礎理論的時候，為了讓學生更好地理解藥物設計的研究內(nèi)容，我們選取我國自主研發(fā)的藥物青蒿素和三氧化二砷的發(fā)現(xiàn)為例，通過講述青蒿素和三氧化二砷的研發(fā)歷程，讓學生充分理解藥物開發(fā)的每一個階段，以及每個階段面臨的問題，每個階段的不足。然后給學生講述，大數(shù)據(jù)時代下，藥物研發(fā)的途徑。通過對比大數(shù)據(jù)參與藥物設計前后的優(yōu)勢，強調(diào)本課程的實用性。讓學生充分領會本課程的教學內(nèi)容和目標，對所學課程感興趣。

2.探討式教學

由于大數(shù)據(jù)藥物設計課程的前沿性，老師在教學過程中，在給學生講授相關李理論后，給予學生一些示例和問題，讓學生通過實驗、思考、討論、聽講等途徑去主動探究。從而提高學生對所學知識的應用能力。我們在沒講授完成一個理論點后，都會給學生一些相關數(shù)據(jù)。和學生一起互動探討，引導學生應該所學理論知識去進行相關的藥物設計。讓學生更全面深入的了解所學內(nèi)容。

大數(shù)據(jù)藥物設計學是一個助力藥物研發(fā)，應用方法的新興交叉學科，我們對新課程的教學內(nèi)容和教學方法進行了探討和研究，有利于提升本課程的實用性，激發(fā)學生的創(chuàng)新意識，加速創(chuàng)新型新藥研發(fā)人才的培養(yǎng)。

參考文獻

[1]李煒，葉德泳，仇綴百等.基于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的藥物設計學課程建設[J].藥學教育，2011，27（1）：24-27.

[2]李霞主編.生物信息學[M].北京：人民衛(wèi)生出版社，2010：13-25.