教计算生物学就像教Pi一样简单

低成本的计算硬件树莓派现在被用来训练下一代计算生物学家,并被证明是一个低成本的替代更传统的学习方法。

“生物信息学很棒,不应该局限于一个小模块”,这是英国圣安德鲁斯大学一位热情的本科生在结束了为期7周的教学课程后的反应生物学家的生物信息学

当然,他们在这两方面都是正确的。

生物信息学,或者说是计算生物学的某种变体,可以说是现代基础生物学分析的基础,并且正在稳步进入临床和转化科学的领域。想象一下你用来排列DNA序列、推断群体中的遗传结构或对新结晶蛋白质的构象建模的软件。所有的一切之所以成为可能,是因为有人在某个地方将它们编码成存在。然而,我们中有多少人能够编写这种类型的基本程序呢?

图1 Barker et al . BMC Bioinfo (2013) 14,243

造成这个问题的一个困难是教学。很少有大学课程提供专门的生物信息学培训,研究人员要么是对计算感兴趣的生物学家,要么是对生物学感兴趣的计算科学家。虽然生物信息学家通过这两种途径进入该领域可能没有问题,但训练普通的实验室生物学家或早期职业研究人员掌握该领域的基本技能可能很困难。这在一定程度上归因于需要应用计算技能的学科领域的多样性。

接受《生物群系》杂志采访加州大学戴维斯分校(University of California, Davis)基因组中心生物信息学副主任伊恩·考夫(Ian Korf)认为,教授这种多样性是大学课程的一个真正问题。生物信息学是一个集分子生物学、统计学、计算机科学、数学等学科为一体的综合性领域。没有多少教师接受过如此多样化的教育。”

另一个问题是基础设施。虽然一些大学可能为研究人员提供了巨大的计算能力,但访问允许学生体验管理特权的服务器,或仅仅给他们时间来实验基本的计算架构,往往是有问题的。

现在,一种开放获取、开放学习的方法这项由丹尼尔·巴克和他的同事们开发的研究,旨在通过使用这项新开发的技术,把这种教学方法从基础上剥离出来覆盆子π计算机系统,让学生体验完整的管理员权限,并获得宝贵的见解,对现实世界的生物信息学。所涉及的低成本(每台电脑的成本通常在30英镑/ 40美元/ 35欧元左右)也意味着可以实现大规模教学,而大学的成本管理部门不必担心他们的笔记本电脑在学期结束时是否会完全恢复工作状态。

圆周率里有什么?

树莓派模型B Rev 2_Tors_Wikimedia共享cc硬件的成本之所以保持在这么低的水平,是因为树莓派把计算能力带回了它的基本元素。这种信用卡大小的计算机避开了追求更大、更快处理的现代潮流,使用了运行开源操作系统的基本单板设备,没有磁盘驱动器和键盘等常见硬件功能。它由一家英国的非盈利公司开发,现在被誉为促进大众参与家庭节目的革命性工具。

以及一些更无聊的用途如果将该设备应用于此,人们希望这种低成本不仅能激起新一代计算机解剖学的兴趣,而且还能对发展中国家的计算机教学产生更广泛的影响。巴克认为,关键是要让板凳科学家们摆脱对主板的恐惧:

许多想成为生物信息学家的人因为命令行晦涩难懂的语法、缺乏计算机编程经验,或者觉得自己的数学能力不够而望而却步。这些只是恐惧。如果你能牵着他们的手一段时间,他们就能度过那些可怕的时刻,他们会在另一边自强自立,并以新的视角来解决问题。它将影响从杂货店购物到基因组分析的一切。”

其中一个关键部分是开放。尽管这项研究是专门为圣安德鲁斯大学的生物信息学教学课程而开发的,巴克和他的同事承认哲学的开放受这种新硬件的鼓励,也需要翻译成教学,并已使课程完全提供给任何想要尝试的人,如果他们愿意:完整的课程细节可以下载作为附加文件,从他们的文章BMC生物信息学

所以,如果你想知道在你的笔记本电脑里发生了什么,为什么不拿一个Pi开始编码呢?

进一步阅读:

巴克等人。”4273pi:低成本ARM硬件生物信息学教育BMC生物信息学2013年,14:243

生物学家的生物信息学:Daniel Barker和Ian Korf讨论生物信息学教育的新平台生物群落的杂志

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