R语言在分子流行病学中的应用.pdf
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1、数理医药学杂志 2023 年 11 月第 36 卷第 11 期 J.Math.Med.Nov.2023,Vol.36,No.11797https:/ 年度上海市青年科技英才扬帆计划(23YF1447700);上海市卫生健康委员会中医药科研项目(2022QN014);上海中医药大学课程建设项目(2023SHUTCMKCJS060、2023SHUTCMKCJS057);上海中医药大学学科内涵建设专项(GJ202303);上海中医药大学校级重点课程建设项目(SHUTCMKCJSZD201723)通信作者:宋花玲,副教授,硕士研究生导师,Email:99shLR语言在分子流行病学中的应用吴 娜,宋花玲
2、上海中医药大学公共健康学院(上海201203)【摘要】通过比较 R 语言和 SPSS 软件的特点,重点探讨 R 语言在分子流行病学领域的应用优势。R 语言作为一种自由开源的编程语言,具有强大的数据处理和分析能力,适用于处理大规模和复杂的分子数据。其丰富的统计函数和数据包使得医学院校研究生可以进行高级统计建模和生物信息学分析,满足分子流行病学研究的需求。本研究通过 R 语言在分子流行病学研究中的应用实例,展示了 R 语言处理相关数据的功能。医学类高等院校教师应根据时代要求和现实需要,培养研究生应用 R 语言处理分析大数据的能力。【关键词】R 语言;分子流行病学;医学院校研究生The applic
3、ation of R language in molecular epidemiologyNa WU,Hua-Ling SONGSchool of Public Health,Shanghai University of Traditional Chinese Medicine,Shanghai 201203,ChinaCorresponding author:Hua-Ling SONG,Email:99shL【Abstract】By comparing the characteristics of R language and SPSS software,this paper focused
4、 on the application advantages of R language in molecular epidemiology.As a free and open source programming language,R language has powerful data processing and analysis capabilities,which is suitable for processing large-scale and complex molecular data.Its extensive statistical functions and pack
5、ages enable graduate students in medical colleges to conduct advanced statistical modeling and bioinformatics analysis to meet the needs of molecular epidemiological research.Through the application examples of R language in molecular epidemiology research,the function of R language in analyzing rel
6、evant data was demonstrated.Teachers in medical colleges and universities should train graduate students to master the ability to process and analyze big data using R language according to the requirements of the times and practical needs.【Keywords】R language;Molecular epidemiology;Graduate students
7、 in medical colleges数理医药学杂志 2023 年 11 月第 36 卷第 11 期 J.Math.Med.Nov.2023,Vol.36,No.11798https:/ R 语言编程处理大数据,通过大数据确定人口健康的干预目标。为培养相关大数据人才适应社会发展需求,医学院校教师有必要在传统流行病学的基础上,指导研究生掌握新兴技术和大数据分析方法,将 R 语言应用于分子流行病学研究,推动分子流行病学领域的发展。1 分子流行病学概述1.1分子流行病学的定义和应用分子流行病学是一种将先进的生物学实验方法纳入传统流行病学,以确定疾病病因并提出相应预防和干预措施的科学1-2。它越来越
8、多地被作为一种了解外部环境暴露与遗传及其他易感因素间相互作用的工具,从而确定易感人群,被广泛应用于遗传及代谢性疾病。1973 年,Kilbourne 在“流感的分子流行病学”一文中首次引入了分子流行病学的概念3。随着第一本关于分子流行病学的书籍 分子流行病学:原理与实践 的出版,这个术语变得更加正式1。分子流行病学主要研究遗传和环境因素在分子或细胞阶段的作用及其相互作用。2003 年人类基因组计划完成 DNA 全测序工作是该领域的一个突破。随着基因分型和高通量测序技术的发展,研究人员可以全方位评估人类的 DNA、RNA、蛋白质或代谢组分,为更全面地检测与疾病风险因素和途径相关的潜在生物学变异奠
9、定了基础。另外,高通量技术丰富了研究人员对疾病表型-基因型关联的理解,有助于寻找疾病的生物标志物,并利用其识别易感人群,从而帮助临床医生为患者制定个性化的治疗方案。分子流行病学通过各种工具研究疾病的生物标志物,如 DNA 甲基化谱、蛋白质谱、代谢物或新基因,有助于发现疾病的病因和决定因素,进而预防疾病以达到改善公众健康的目的。1.2 分子流行病学在医学院校研究生教育中的作用传统流行病学是研究人群中疾病与健康状况的分布及其影响因素,以及防治疾病及促进健康的策略和措施的科学4。分子流行病学作为传统流行病学与分子生物学的交叉学科,强调通过先进的技术检测生物学标志的分布情况,借助传统流行病学的研究方法
10、,从更深层次即分子或基因水平阐明疾病的病因及其致病过程5。分子流行病学是由传统流行病学学科发展的需求,以及分子生物学理论和技术的巨大成就相结合的产物,是近十几年迅速发展的一门流行病学新分支6。分子流行病学课程在医学院校研究生教育中起着至关重要的作用7:疾病诊断和预防。研究生能够了解不同疾病的分子机制,如遗传变异、突变和表达模式,这些知识对于疾病诊断、预后评估和预防是必不可少的。通过学习如何利用分子工具和技术识别病原体,研究疾病病因,有助于制定个性化医疗和预防策略。药物开发和治疗研究。分子流行病学是药物开发和治疗研究的工具。通过掌握分子技术评估药物的有效性和安全性,可以获得有关药物代谢、药物靶标
11、相互作用和药物作用机制的知识,这些知识对于研究和开发新的治疗方法和个性化药物至关重要。流行病学研究的设计和分析。通过学习设计和开展分子流行病学研究,掌握分析大规模分子数据的统计和生物信息学方法,对于研究疾病的遗传和环境风险因素、建立疾病预测模型和评估干预措施的有效性具有指导意义。研究技能和科学素养的培养。分子流行病学教育不仅注重传授理论知识,而且注重培养研究技能和科学素养,包括学习文献综述,制定研究假设,设计实验方案,收集和分析数据等。2 R语言与SPSS软件的比较2.1R语言的特点R 是一种用于统计计算和图形绘制的编程语言,由统计学家 Ross Ihaka 和 Robert Gentlema
12、n创建,核心 R 语言由大量包含可重复使用的代码和文档的扩展包组成8-9。在过去的三十年里,R 语言在统计学和生物信息学领域发挥了重要作用,目前已产生了数以万计的扩展包,涉及范围数理医药学杂志 2023 年 11 月第 36 卷第 11 期 J.Math.Med.Nov.2023,Vol.36,No.11799https:/ nucleotide polymorphisms,SNPs)数据、转录组数据和 DNA甲基化数据分析等10-12。R 语言具有以下特点13:开源性,可以免费下载,并提供复杂的数据分析功能,同时还有一个活跃的在线用户社区,使用者们可以在其中寻求帮助。跨平台的编程语言,其代码
13、可以在多个操作系统上运行,程序员只需编写一次程序。可以进行各种机器学习操作,如分类、回归以及开发人工神经网络的各种扩展包。可以绘制高质量图片,通过 ggplot2 和 plotly 等 R 包制作精美图片。在 CRAN 存储库中存有超过10 000 个扩展包,可以执行各种数据分析功能。既能使数据可视化,又能连接外部数据库如基因表达综合数据库(Gene Expression Omnibus,GEO)、京都基因与基因组百科全书数据库(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)等 以执行高级生物统计功能。作为一种不断发展的编程语言,每当添加任何新功能时
14、,R 都会提供更新服务,便于广大用户使用。2.2SPSS软件的特点SPSS(statistical product and service solutions)是一种数据统计分析软件,由 SPSS 有限公司于 1968 年推出,2009 年被国际商业机器公司(International Business Machines Corporation,IBM)收购。由于SPSS简单易操作,常被用于数据处理、市场调查等。SPSS 具有以下特点:不需要编程,简单易上手;不适用于大数据分析,如分子流行病学中有关 SNPs、转录组学及 DNA 甲基化等大数据;作为一款商业软件包,正版软件需要付费才可以使用。
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- 语言 分子 流行病学 中的 应用
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