胡谷平，孫 麗，陳省平，袁 潔，藍(lán)秀健，吳玨珩，佘志剛，林永成

(1.中山大學(xué)海洋微生物功能分子廣東高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510275；2.中山大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，廣東 廣州 510275；3.中山大學(xué)中山醫(yī)學(xué)院，廣東 廣州 510089)

海洋占地表面積的71%，是一個(gè)巨大的資源寶庫。海洋環(huán)境中包括了高鹽、高壓、低溫、低營(yíng)養(yǎng)、無光照等極端生存環(huán)境。因此海洋生物大多具有一些特殊的結(jié)構(gòu)和功能，以維持其生命活動(dòng)。同時(shí)，海洋生物的多樣性、復(fù)雜性和特殊性使源于其中的代謝產(chǎn)物也具有多樣性、復(fù)雜性和特殊性。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們不僅發(fā)現(xiàn)了一系列新的海洋生物物種，更重要的是從海洋生物代謝產(chǎn)物中分離得到了大量的新結(jié)構(gòu)化合物，為尋找新的藥用活性物質(zhì)提供了豐富的源泉[1]。據(jù)我們統(tǒng)計(jì)，近20年來從海洋中發(fā)現(xiàn)的新結(jié)構(gòu)的化合超過10 000個(gè)，并且呈幾何級(jí)數(shù)的趨勢(shì)增長(zhǎng)。這些產(chǎn)物大多有重要的生物活性，尤其表現(xiàn)在抗癌活性、抗真菌活性、對(duì)心血管作用的活性上[2-3]。而這些新結(jié)構(gòu)的化合物的發(fā)現(xiàn)，也成為了世界藥物開發(fā)的熱點(diǎn)[4]。

面對(duì)如此海量的海洋生物和代謝產(chǎn)物，如何更好的交流和共享是一個(gè)迫切需要解決的問題[5]。海洋生物及其代謝產(chǎn)物數(shù)據(jù)庫(Marine Organism Metabolite Data Center，簡(jiǎn)稱MOMDC)就是基于這個(gè)目的建立的網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)。該平臺(tái)通過收集海洋生物及其代謝產(chǎn)物的信息，建立一個(gè)包括海洋生物、代謝產(chǎn)物、生物學(xué)活性三方面的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)信息共享，為海洋生物及其代謝產(chǎn)物的研究和新藥的開發(fā)提供信息支持[6]。

2 MOMDC數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)來源

MOMDC收集了近30年來世界范圍發(fā)現(xiàn)的新的海洋生物及其代謝產(chǎn)物的信息，到目前為止，已收錄的海洋生物信息為5 283條，代謝產(chǎn)物信息為9 608條，同時(shí)從海洋生物信息和代謝產(chǎn)物信息中分析整理出生物活性信息共4 060條。這些信息來自110種學(xué)術(shù)期刊，筆者對(duì)這些期刊出現(xiàn)的頻率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，表1列出了各信息中排名前10的雜志。

表1 MOMDC 中引用期刊情況(引用超過10條)

從上表中可以看出，MOMDC囊括了化學(xué)、生物和藥學(xué)三方面的信息，保證了數(shù)據(jù)的全面性；同時(shí)以各學(xué)科的權(quán)威期刊作為信息的數(shù)據(jù)來源，保證了數(shù)據(jù)的可靠性。

2.2 數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)

MOMDC的數(shù)據(jù)分別來自海洋生物和海洋生物代謝產(chǎn)物兩個(gè)方面，但考慮到這兩個(gè)方面的研究工作主要是為新藥研發(fā)做準(zhǔn)備，因此我們將生物活性信息，單獨(dú)提取出來成為一個(gè)獨(dú)立組成部分[7]。表2-4，是MOMDC設(shè)置的3個(gè)主表，分別記錄海洋生物信息、海洋生物代謝產(chǎn)物信息和相關(guān)的生物學(xué)活性信息。

表2 海洋生物信息主表(MO-info)

表4 生物學(xué)活性信息表(MOMphainfo)

MOMDC是一個(gè)典型的多學(xué)科交叉數(shù)據(jù)庫，海洋生物信息表中的代謝產(chǎn)物數(shù)據(jù)域，可以關(guān)聯(lián)到海洋生物代謝產(chǎn)物信息表，同時(shí)海洋生物代謝產(chǎn)物信息表中的代謝產(chǎn)物來源數(shù)據(jù)域也可以關(guān)聯(lián)到海洋生物信息表。生物學(xué)活性信息表中也包含了具有這些生物學(xué)活性的海洋生物和代謝產(chǎn)物，三信息主表的關(guān)系如圖1所示。通過這3個(gè)主表的交叉檢索，構(gòu)成一個(gè)完整的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)體系，有效地整合三方面的信息資源。

2.3 數(shù)據(jù)庫的管理系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)搜索平臺(tái)

MOMDC采用三層架構(gòu)設(shè)計(jì)(3-tier application)。即工作站表示層接口，事務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)庫及其相關(guān)程序設(shè)計(jì)層[8]。三層架構(gòu)可以更好的支持分布式計(jì)算環(huán)境。邏輯層的應(yīng)用程序可以在多個(gè)機(jī)器上運(yùn)行，充分利用網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算功能。此外，三層架構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)是其安全性。用戶端只能通過邏輯層來訪問數(shù)據(jù)層，減少了入口點(diǎn)，屏蔽了多數(shù)危險(xiǎn)的系統(tǒng)功能[9]。

圖1 MOMDC中三主表關(guān)系圖

MOMDC的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)使用的是Microsoft SQL Server 2003，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器采用Win2003 Server+IIS6.0架構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)界面和后臺(tái)搜索程序采用ASP.NET 2.0技術(shù)構(gòu)建，腳本語言使用Java Script，保證了程序的兼容性。同時(shí)，MOMDC還會(huì)設(shè)立一個(gè)網(wǎng)上學(xué)術(shù)交流論壇，為相關(guān)研究工作者提供一個(gè)學(xué)術(shù)交流的平臺(tái)，并且可以通過網(wǎng)上的討論為MOMDC的發(fā)展提供好的意見和建議[10]。由此便搭建出圖2所示的數(shù)據(jù)庫總體運(yùn)行圖。

圖2 網(wǎng)站的運(yùn)行模式圖

MOMDC依托中山大學(xué)海洋微生物功能分子廣東高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建立，考慮到今后與教學(xué)資源的可能融合，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)搜索平臺(tái)都采用了Microsoft的架構(gòu)體系。這樣既可方便學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，并直接參與到數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)站的建設(shè)中來，同時(shí)也有利于培養(yǎng)兼?zhèn)渖飳W(xué)、藥學(xué)、化學(xué)專業(yè)背景，又具有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)管理維護(hù)知識(shí)的復(fù)合型人才。

3 總 結(jié)

進(jìn)入21世紀(jì)以來，互聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模普及和發(fā)展，改變了依靠紙質(zhì)期刊的傳統(tǒng)科學(xué)交流模式。MOMDC正是一個(gè)建立在互聯(lián)網(wǎng)上的信息交換平臺(tái)，它具有以下3個(gè)特點(diǎn)：①綜合性數(shù)據(jù)庫。MOMDC中包含了海洋生物的生物學(xué)信息、代謝產(chǎn)物的化學(xué)信息和生物學(xué)活性信息，實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)交互檢索，為來自生物學(xué)、化學(xué)、藥學(xué)的學(xué)者提供了一個(gè)信息交換平臺(tái)。②信息新穎全面，近20年來，海洋中發(fā)現(xiàn)的新化合物一直是新藥開發(fā)的重點(diǎn)。MOMDC收錄的信息就是關(guān)于這些新化合物和產(chǎn)生它們的海洋生物。這些信息的匯集，形成了一個(gè)海洋生物及其代謝產(chǎn)物的信息交流平臺(tái)，為進(jìn)一步開發(fā)利用這些資源提供了方便。③事實(shí)型數(shù)據(jù)庫[11]。對(duì)于每一個(gè)代謝產(chǎn)物和海洋生物，MOMDC都收錄了較為全面的信息，使用者在大多數(shù)的情況下不需要查找原始文獻(xiàn)，就可以得到足夠的信息。

海洋生物及其代謝產(chǎn)物是開發(fā)海洋藥物的重要來源。MOMDC的建立為藥物研發(fā)和相關(guān)領(lǐng)域的研究人員提供了信息支持和交流平臺(tái)。我們進(jìn)一步完善和擴(kuò)張數(shù)據(jù)庫，為研究者提供便利。

參考文獻(xiàn)：

[1] FAULKNER D J. Highlights of marine natural products chemistry (1972-1999)[J]. Natural Product Reports ,2000, 17: 1-6.

[2] PIGGOTT A M, KARUSO P. Quality not Quantity: The role of marine natural products in drug discovery and reverse chemical proteomics[J]. Mar Drugs, 2005(3):36-63.

[3] JHA R K, XU Z R. Biomedical Compounds from Marine organisms[J]Mar Drugs,2004(2):123-146.

[4] FUSETANI, NOBUHIRO. Biotechnological potential of marine natural products [J]. Pure and Applied Chemistry, 2010, 82(1)：17-26.

[5] 劉濤,陳省平, 汪小龍,等.海藻種質(zhì)管理信息系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用 [J].高技術(shù)通訊, 2004 (6):83-84.

[6] BRUNDEGE J M, CHRISTOPHER D. Baroquely: an object framework for building queries to biomedical databases[J].Bioinformatics, 2003 , 19 (7) : 901-902.

[7] PROKSCH P, EDRADA R A, EBEL R. Drugs from the seas - current status and microbiological implications [J].Appl Microbiol Biotechnol, 2002, 59:125-134.

[8] CORBIN R D, DUNBAR C B, ZHU Q M. A three-tier knowledge management scheme for software engineering support and in novation [J]. The Journal of Systems and Software, 2007, 80(9): 1494-1505.

[9] MALHOTRA Y. Why knowledge management systems fail? Enablers and constraints of knowledge management in human enterprises [C]∥ MICHAEL E D K, SRIKANTAIAH T K, eds. Knowledge Management Lessons Learned: What Works and What Doesn’t. Information Today Inc,2004: 87-112.

[10] 彭濤. 數(shù)據(jù)倉庫及其應(yīng)用[J]. 計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué), 2003, 20 (4) :479-482.

[11] 何瑋, 雷春炳. 醫(yī)學(xué)專題事實(shí)型數(shù)據(jù)庫的探討[J].中華醫(yī)學(xué)圖書情報(bào)雜志, 2002, 11 (2) 3-6.