2000年12月 台北榮總學訊

我的「生物資訊學」之旅

趙坤茂

如果你問十個人：「什麼是生物資訊學呢？」，你很可能會得到十一種答案，為什麼呢？因為每個人給你的定義大概都不盡相同，而根據這十種答覆，你自己又可以歸納出一種新的看法，所以可能有十一種答案啊！

是的，生物資訊學是個正在蓬勃發展的領域，它是一個跨世紀及跨領域的研究，除了參與的研究者背景多元外；它的研究主題也隨著科技的演進而時時在變，因此，每個人對它的詮釋都不盡相同。

對於生物資訊學，我的看法是：生物資訊學是一個結合生物學、分子生物學、醫學、藥學、資訊科學、數學、物理及化學等跨領域的研究，它的終極目標是了解生物特性及生命本質。它的主要子領域有：一、大量資料的分析演算法及統計方法；二、各種生物序列及結構的分析與解釋；三、管理及使用各種型態資訊的軟體工具；四、生物醫學及藥物的開發等。

我從1990年時，開始投入這個跨領域的研究，屈指一算，也已有十年的光景。(明年起，十根手指就不夠看了，要連腳趾頭也屈一屈。)

十年前，我為什麼會投入這個當時仍為冷門的研究領域呢？說來也是因緣巧合，其實我最原始的研究興趣是演算法，演算法就是計算機方法，是設計適合計算機執行的方法，如同神農氏遍嘗百藥的精神一般，計算機科學家針對任何疑難雜症的計算問題，總設法找出最好的解決方法，只是不必以身試毒，而是讓數位計算機代為受罪罷了。

我的大學專題主要是研究可攜性的Ｃ語言編譯程式，而幾乎在同一時期我也初次接觸到演算法的奧妙與樂趣，從那時開始，我就對計算機方法產生了濃厚的興趣，尤其是對設計實用演算法更是愛不釋手。在碩士班時，我曾參與實作一個Ｃ語言的語法導向編輯程式，讓使用者在輸入Ｃ程式時，也能同時檢查程式語法的正確性。從這課題出發，我們也探討如何對某些語法做漸進性及平行性的解析及編譯。

十年前，我唸博士班時，當我正要決定研究主題時，我希望能朝向實用演算法的方向研究，而我的恩師Dr. Webb Miller也正要找有資訊理論基礎的學生，來協助解決DNA序列分析時所碰到的計算難題，我們一拍即合，相見恨晚。Miller教授那時剛參與完BLAST軟體的寫作，他們所寫的那篇論文，在1990年到1999年的十年裡，被引用了八千多次，是SCI論文中前個十年被引用次數最多的一篇文章。

Miller給我的第一個題目是找一個速度比BLAST慢，但精確度比BLAST高的序列分析方法，他心中已有約略的解題方向，我在研讀一些相關論文及遭遇難處的設法解決後，花了一年的時間，將整個軟體寫了出來，那個軟體給我最大的挑戰是如何把很艱深的想法用程式表達出來，雖然吃了不少苦頭，但我獲益良多。

我的老師給我的第二個題目是如何在一個長條區域中，用線性空間的方式，找到兩個序列間精確的相似度，他知道這問題的重要性，但並不清楚解題的正確方向。我一整個暑假都圍繞著這個問題打轉，兩個月後，我心灰意冷，覺得這問題可能根本不存在好的解法，正要放棄時，看到研究室牆上的裂縫，突然靈機一動，兩天就把它的所有難處解決了，並花了半天把軟體寫出來。這個軟體正好可以改進FASTA軟體最後一個階段的效率，所以這三百行的程式就被套用在廣受歡迎的FASTA軟體中，我深覺與有榮焉。一個軟體寫了以後，只有在真正被使用後，你才會覺得它被賦予生命了。

我和老師合作的第三個題目是，如何在任何形狀的區域中，用線性空間的方式，找到兩個序列間精確的相似度，這個方向是我們多次討論後所得到的共識，可是整個秋天的構思，除了愁，還是愁，能否有好的解法，我們毫無把握。就在校園下了第一場雪，而我老師外出度假回來後，我們不再坐困愁城，聯手突圍，找到了一個好的解法。我老師還說要常去度假，這樣手氣會比較好，沒想到老外也是有那麼一些迷信呢！

後來，我的老師就讓我天馬行空，找自己喜歡的主題及問題來解，如果有一陣子沒有好的結果，我潛意識的罪惡感就會督促我向前衝。學從放心處來，功夫下多了，成果自然就會呈現出來了。至今，我仍深深感激恩師對我的指導，讓我在這個多彩多姿的跨領域研究裡，從無到有，很有系統地成長了許多。這份感激，在自己也做了研究生的指導教授後，更加深刻，對老師的敬業精神及專業知識不禁要肅然起敬！

我畢業後，在美國國家衛生研究院的國家生物科技資訊中心(NCBI)訪問了一年，讓我在實際的應用領域上，又多了一種新的體驗。回國後，我主要的研究方向是在序列分析及演化樹建構，我們找到了一些有趣的問題及新穎的解法。同時，為了試圖去解決演化樹的建構問題，我們深入研究了一些展開樹問題的近似演算法，而令人振奮的是，這些問題湊巧也是網路連接上重要的課題，我們很幸運地解決了一個在計算機科學上懸了二十年的未解問題。

有好一陣子，我的研究主題都是長序列的分析，雖然在當時，很長的序列極為罕見，但我們已體認到這問題在未來的重要性，這經驗也讓我理解到「制敵機先」的道理。尤其生物資訊這種跨領域的合作，更需要在問題尚未發生前，就事先洞悉問題的可能性及其重要性，這樣才有充裕的時間來好好地解決問題。我的一些經驗告訴我，分子生物學上的應用常常是迫在眉睫，和時間在競賽；而演算法的設計及資訊軟體的開發，卻常常要慢工出細活。如何協調這兩個截然不同的研究步調，是成功與否的重要關鍵。

不同的領域自然會孕育出不同的文化，當我們進行跨領域合作時，一定要尊重彼此的專長，這樣才能合作愉快。以我的專業而言，如果我盡寫一些實用軟體，但這些軟體在設計上並沒有太大的挑戰性，那我在自己的本業是得不到肯定的，因為那些專家會說我只寫一些平常程式設計員就可以做的事。所以，我必須時時構思可能的難題，設計新的演算法，這樣我才可以在自己的本業立足，也才更能在跨領域的合作上放手一搏。我的專業如此，我相信其他背景的人也一定都有他們本業一把衡量的尺，真是家家有本難唸的經啊！

這些年來，很幸運能與良師益友共同來完成一些研究成果，我內心非常感激。我也會繼續鞭策自己更加努力，我相信只要我們用心，一定能對專精的研究領域有實質貢獻的。