生物学博大深奥、宇宙瀚海，特别是生物体中各种精妙的微观现象和运作机制，赋予了人们无限的遐想空间。科学家在探索生物微观世界的时候，除却令人激动的伟大发现之外，一幕幕映入眼帘的，是更加令人惊奇的瞬间和落寞的背影。从基因测序到蛋白表达、从蛋白通路到网络构造、从疾病机制到药物研发：路迢迢，十万八千里，披荆斩棘，一路将尘埃荡涤；回首望，多少往事历历，凝结下一片匠心依依。
从基因到疾病，最直接相关的还是蛋白质
在几纳米甚至微米的未知世界里，通过精巧的工匠技艺，那些小巧的基因Gene片段，蜿蜒映射出人体中最美的氨基酸Aminoacid序列。折叠翻转间，氨基酸链条又构筑出最美的三维立体空间：蛋白质Protein。蛋白质间特定的三维结构，又勾勒着自然界的多姿多彩，主宰着普罗大众间的个性差异以及生老病死。
年，“人类基因组计划”的一声炮响，彻底打开了人类对自身奥秘的探索之旅。自此之后，众多生物的基因序列图谱数据以指数级不断涌现。基因层面上，疾病等生物性状的因果关系，在人类面前早已画卷渐舒、层次分明。但是，人体中占70%，并与疾病等表观性状最直接相关的蛋白质，却再次阻挡了研究者的步伐。基因能引导我们找到靶标蛋白，可是在药物设计方面，我们只能依照蛋白质结构进行化学小分子的设计与改造。
计算机辅助生物分子模拟
有鉴于传统生物学湿法实验方法的局限性，并随着分子生物学、X射线晶体学的发展，大量与疾病相关的生物大分子的三维结构被确定；计算机科学的迅速崛起使得数据挖掘、机器学习等技术快速发展。在这两方面的推动下，计算机辅助生物分子模拟（CABM,ComputingAidedBiologicalModeling）应运而生。CABM方法，是以计算机化学为基础，通过计算机的模拟、计算和预预测生物分子之间的相互作用关系，设计和优化先导化合物的方法。该方法目前已渗透到生物机理研究的各个环节，特别是在计算辅助药物设计方面，其可以提高药物研发的成功率，降低研发成本，缩短研发周期，是目前创新药物研究的核心技术之一。
CABM：十九般武艺样样精通
IT聚变，计算思维和技术成为了追求理解生活的核心，所有的生物学也都已成了计算生物学。生物江湖波涛诡谲，CABM像极了风清扬，19般武艺样样精通，各种技艺不断带给我们对生命的全新理解，并使生物学概念变得严格和精细量化，并不断规范人们对生物学的认知维度。那么，它能做什么？又能给我们带来什么启示？
同源建模HomologyModeling
没有建模不了的蛋白质与核酸三维结构，只有你给不了的氨基酸或核酸序列信息。
从氨基酸序列预测蛋白质的3D结构仍然是一个基本的科学问题，可以使用不同的方法实现，而最准确的方法是“比较”或“同源”模建，因为通过实验方法X-Ray、电镜等测定蛋白质结构耗时费力，并非所有蛋白结构都能成功测定。目前，建模方法日益成熟，软件体系繁多：Modeller，Swiss-model等不断刷新着我们对于建模的认知深度。
生物分子对接MolecualrDocking
分子对接是分子模拟的重要方法之一，其本质是两个或多个生物分子之间的识别过程，涉及分子之间的空间匹配和能量打分，根据能量排名最终得到生物分子间的初步最优结构和结合模式。分子对接方法在蛋白通路研究及药物设计领域有着广泛的应用。
自年加利福尼亚州立大学旧金山分校Kuntz小组开发第一个分子对接软件DOCK至今，科学家已经发展出各种各样的理论模型和对接方法，最为重要的理论模型与对应的对接方法有Rosetta、Autodock、Vina、Dock等等。采用分子对接方法，主要进行以下两方面的研究：（1）结合模式预测：研究/预测活性小分子与生物大分子之间的相互作用，了解其作用机制；（2）高通量虚拟筛选：从化学数据库中快速找到具有潜在活性的小分子，节省实验成本，提高命中率，帮助我们快速准确的找到药物分子先导化合物。
生物动力学模拟MolecualrDynamicsSimulation
如果将“分子对接”视为一副图片，那么“分子动力学模拟”无外乎便是一段精彩纷呈的电影片段。在所有的计算生物学模拟方法中，最令人感到新奇与玄妙的便是分子动力学模拟了。作为计算生物学领域最为复杂的模拟方法，其结合了物理、数学、计算机和化学技术并依靠牛顿力学来模拟分子体系的运动，以对其分子体系的不同状态构成的系统中抽取样本，从而进一步计算生物体系的能量状态和其他宏观性质。
目前AMBER，GROMACS和NAMD等分子动力学软件，依托大型超算计算资源，可进行大规模时间跨度动力学模拟。通过对模拟轨迹进行聚簇等分析，并通过分析分子间相互作用模式和相互作用能等来鉴定分子间作用机理。
跨膜蛋白分子动力学模拟
药物先导化合物筛选、结构修饰与优化
随着科技的发展，当前已经拥有庞大的生物分子数据库以及各种各样的药物分子数据库，而传统的实验手段已经难以从庞大的数据库中快速的筛选出符合特定需求的分子体系。目前，可以通过分析确定药物的作用机制。
虚拟筛选(virtualscreening，VS)也称计算机筛选方法，其可在进行生物活性筛选之前，利用计算机上的分子对接软件模拟目标靶点与候选药物之间的相互作用，计算两者之间的亲和力大小，以降低实际筛选化合物数目，并在此基础上通过计算机模拟筛选的方式快速的筛选出符合特定条件的一系列分子，从而大大的加快分子筛选过程并提高先导化合物发现效率。
目前，通过将大数据收集与数据库和统计学结合，计算生物学为生物学提供了一幅参考图——一幅汇集了所有个人见解的生命地图。这幅参考图没有达到像谷歌街景那样革命性的水平，而是像勇敢的探险家哥伦布、麦哲伦和瓦斯科·达伽马他们所用的地图一样具有探索性。这幅地图提供了一个大纲，但是许多地方是不完善的，并且一些重要的部分甚至可能被遗漏了正等待着被发掘。就像大家说的，这很危险。但是即使有这么多的缺点，计算生物学所提供的生命地图仍旧是一个不可或缺的向导：这幅由计算生物学提供的生命地图为计划、执行、和阐释所有聚焦于探索未知领域、推出生物学知识边界的小型实验提供了研究背景。
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