“工业生物技术知识环境”建设及应用

45APPLICATIONe-Science应用e-Science总第6期“工业生物技术知识环境”建设及应用鉴于工业生物技术的重要地位，中国科学院设立了“先进工业生物技术创新基地”。为了使现代信息化手段更好地服务于基地建设，我们启动了“工业生物技术战略研究和知识环境建设”。知识环境的信息化成果主要体现在管理平台、虚拟实验室、网络化办公、战略研究等方面。该知识环境的建设是一种全新的信息化工作和服务模式的探索，将信息化平台工作建设与实际的科学研究活动紧密结合，对于加强信息技术在科研中的应用，提高科学研究活动的效率等方面有着积极的意义。工业生物技术；信息化；知识环境马俊才1*吴林寰1刘斌2邢雪荣2于建荣3邓勇4杜晓萌1徐萍3夏芸3陈方41．中国科学院微生物研究所，北京市1001012．中国科学院生命科学与生物技术局，北京市1008643．中国科学院上海生命科学信息中心，上海市2000314．中国科学院成都文献情报中心，四川省成都市610041摘要：关键词：46e-Science技术APPLICATIONe-Science应用e-Science2009年TheDevelopmentandApplicationofKnowledgeEnvironmentofIndustrialBiotechnologyMaJuncai*1,WuLinhuan1,LiuBin2,XingXuerong2,YuJianrong3,DengYong,DuXiaomeng1,XuPing3,XiaYun3,ChenFang41．InstituteofMicrobiology,ChineseAcademyofSciences,Beijing100101,China2．BureauofLifeScienceandBiotechnology,ChineseAcademyofSciences,Beijing100101,1008643．ShanghaiInformationCenterforLifeSciences,ChineseAcademyofSciences,Shanghai200031,China4．ChengduLibraryofChineseAcademyofSciences,Chengdu610041,ChinaInviewoftheimportanceofindustrialbiotechnology,ChineseAcademyofSciencesestablishestheAdvancedIndustrialBiotechnologyInnovationBase.Inordertofacilitateitsworkwithmoderninformationizationachievement,welaunchtheprojectofStrategicStudyandKnowledgeEnvironmentDevelopmentofIndustrialBiotechnology.Theprojecthasmadegreatprogressinmanagementplatform,virtuallab,networkingandstrategicstudy.Asabrand-newinformationalmeansandservicepattern,theknowledgeenvironmentdelicatelyintegratestheinformationizationplatformandscientificresearch,whichcanenhancetheapplicationinformationtechnologyandimprovetheefficiencyofresearchwork.Industrialbiotechnology;Informationization;KnowledgeenvironmentAbstract:Keywords:47APPLICATIONe-Science应用e-Science总第6期1．引言工业生物技术是继医药生物技术、农业生物技术之后，国际生物技术发展的“第三次浪潮”。它以微生物或酶为催化剂进行物质转化，与现代工程技术有机结合，大规模生产人类所需的化学品、医药、能源、材料等，是解决人类目前面临的资源、能源及环境危机的有效手段，发展前景十分广阔。作为新兴的绿色化工产业，工业生物技术的产业化领域主要包括生物能源、生物基产品、绿色工艺过程、生物炼制、代谢组学与代谢工程、生物催化与生物转化、发酵与下游过程工程、特殊环境微生物资源与能源植物资源等。世界经合组织（OECD）指出：“工业生物技术是工业可持续发展最有希望的技术”[1]。世界上的主要发达国家和地区都针对工业生物技术领域制定了重大规划与项目。例如，美国众议院于2007年12月18日通过了修改后的新能源法案，大力鼓励生物燃料乙醇的发展；欧盟先后实施了“欧洲能源政策”、“欧洲能源技术战略计划”、“欧盟战略能源技术计划”、BIOCOUP项目等一系列政策及项目规划，均涉及生物质能源的应用和推广；巴西则是推动生物燃料产业发展的先锋，实施了提高汽油中的乙醇比例、提高柴油中的生物柴油比例、推广生物燃料“生态证书”、完善对生物多样性和遗传资源的保护和管理等一系列政策法规[2]。我国也十分重视工业生物技术的发展，制定了中长期科技发展规划，明确提出要发展工业生物技术，并把生物技术作为未来高技术产业迎头赶上的重点，加强生物技术在农业、工业、人口与健康等领域应用的总体部署，并在国家中长期科学与技术规划中将其列为重点研究领域[3]。中科院也意识到工业生物技术具有重要的战略地位，认为及时了解国际先进工业生物技术发展动态信息、开展工业生物技术战略研究、分析各国的战略规划、总结和预测工业生物技术产品和市场，对我国工业生物技术的发展是非常重要的。有鉴于此，中国科学院特别在院创新工程三期中提出，将“先进工业生物技术创新基地”列为科技发展的“1＋10”基地之一。“先进工业生物技术创新基地”的定位是一个知识型组织，其管理理念大力提倡知识的整合、创新和集成，认为良好的战略决策支持和信息化的管理平台对于工业生物技术的研究以及相关的产业化发展起着举足轻重的作用。为此我们提出，要利用信息化管理平台，将基地的科研进展、专家队伍、管理经验等重要的无形资产转化为可管理、可共享、可利用的信息网络资源，为研发中心、技术平台、重点实验室和工程中心的建设和重大项目的实施提供支持。为贯彻这一理念，我们开始进行“工业生物技术战略研究和知识环境建设”。知识环境的建设思路是运用各种信息化手段，整合和集成工业生物技术研究必须的生物实物资源信息、专利信息、文献情报、产品、企业、政策等信息，建立工业生物技术基地综合知识仓库、智能检索引擎和信息化协同工作环境；结合基地的人力资源管理，建立骨干科研人员个人门户，管理组织的显性知识，并且积累、挖掘组织的隐性知识；建立项目进展日志，实现基地的信息化管理，并与ARP系统实现联合，将科研活动和科研管理有机结合在一起；以“中国工业生物技术信息网”为门户，加强与院地合作局的合作，促进我院生物技术成果的信息共享、成果转化和院地、院企合作。“先进工业生物技术创新基地”是中科院创新工程“10+1”基地中，第一个开始知识环境建设的基地，在基地的信息化应用方面是一个新的突破。2．建设思路及技术路线知识环境建设集成了国际与国内工业生物技术领域较为全面的、多类型的信息资源，应用相应的数据挖掘工具，揭示了工业生物技术领域的知识概念之间的内在联系，建立了工业生物技术知识分类体系，实现了对各种信息资源进行组织与管理，从而构建了规范化、数字化的工业生物48e-Science技术APPLICATIONe-Science应用e-Science2009年技术战略研究与集成知识环境，是将来进行数据挖掘工作、生成工业生物技术发展战略报告的数据基础。知识环境的建设思路是集成包括文献、专利数据库、工业生物技术过程工程数据库、菌种资源数据库、市场数据库、核酸序列数据库和新闻数据库等在内的各种数据资源，利用信息化手段和IT技术，如检索引擎技术、超级计算平台和网络技术，实现一个从数据分析到过程模拟到系统优化的工业生物技术系统过程，该过程的结果会产出一系列的产品，也就是知识环境的信息产品，包括战略情报的分析报告、面对专家的个性化信息服务、针对微生物的改造策略和系统优化策略。从而实现从知识积累到知识生产并进行知识服务的过程。3．信息化成果知识环境建设开展两年多来，通过参与建设的中科院微生物所、上海生命科学信息中心、中科院成都文献情报中心、中科院青岛生物能源与过程研究所等单位的通力合作，在信息化建设方面已经取得了一系列成果，在院内外取得了极大的反响。知识环境的研究成果创新性地以一系列的信息产品的形式进行组织，各个信息产品的定位有所区分和侧重，覆盖到我国工业生物技术的领导、专家和科研人员对战略研究、知识管理和信息服务的不同需求。为基地学科部署、领域方向调整、重大项目的立项、重要规划、路线图的制定提供战略决策支持，还为院相关各局、科技部、发改委和基金委相关领导、专家提供知识服务。信息化成果主要体现在管理平台、虚拟实验室、网络化办公、战略研究等方面。1）数据库整合在平台建设过程中，数据提取、转换和加载(ExtractionTransformationandLoading，下简称ETL)起着至关重要的作用。工业生物技术领域的信息来源包括生物实物资源信息、生物物种图1知识环境建设思路文献、专利数据库市场数据库核酸序列数据库新闻数据库检索引擎系统WebService超级计算过程数据菌种数据库知识生产过程模拟数据分析工业生物技术知识环境系统优化策略微生物改造策略系统优化战略情报个性化信息服务知识服务49APPLICATIONe-Science应用e-Science总第6期数据、知识产权信息、生物信息学数据等多种，其数据源既有关系型数据库，也有来自文件系统的数据(如文本文件，csv文件，Excel文件等)，还有web数据源。ETL过程从多个数据源提取业务数据，清理数据，然后集成这些数据，并将它们整合进数据库中，为数据分析做好准备[4]。在数据库整合方面，我们深入研究了PubMed，ISIWebofKnowledge等web文献数据库的结构特征，在此基础上，针对工业生物技术领域相关的文献、专利等情报数据特点，分别设计了文献、专利数据库的数据模型；针对不同数据源（ISIWebofScience，Pubmed等）的数据格式，设计开发了相应的ETL工具，实现了异构数据源的数据向Mysql数据仓库的ETL过程。目前，已经集成了生物能源、生物材料、生物催化与生物转化、发酵与下游工程技术和生物资源等领域，包括聚乳酸、脱落酸、生物丁醇、生物柴油、沼气等主题在内的十个主题的文献数据库和聚乳酸、脱落酸、生物丁醇、生物柴油、沼气专利等在内的9个专利数据库。并进一步在此整合的数据仓库的基础上，采用Apache+PHP+Mysql的web开发工具，采用基于MVC的ThinkPHP框架，开发了基于web的工业生物技术专题数据库的检索查询系统，初步实现了基于web的信息浏览、检索、统计功能。2）信息平台先进工业生物技术基地涉及到中国科学院院内的18个研究所，建设南北两个研究中心，在8个重要方向部署60-70个重要方向项目，建设5个关键技术平台，涉及资源研究、组学研究、分子操作、过程优化、应用开发5大研究团队。新的组织管理模式，对基地的管理工作提出了严峻的挑战和更高的要求。为此，我们设计了一套信息化的管理平台，这是知识环境的重要性和创新性的体现。知识环境建设了一系列与基地的项目和管理相关的数据库，记录了基地所管理的平台和项目在经费投入、人员组成、建设成果等各方面详细的数据。这些数据库使基地的管理工作井然有序。例如，结合工业生物技术基地建设，通过信息化手段推动基地综合管理，建立基地建设进展数据库，以全程跟踪和记录工业生物技术基地的建设步伐和发展轨迹；结合工业生物技术