张春霆,生物信息学家。1936年9月出生于山东省烟台市。1961年毕业于复旦大学物
理系,同年起在复旦大学攻读理论物理专业研究生,1965年毕业。1965~1970年在天津工
科师范学院任教,1970~1979年在天津轻工业研究所工作,1979~1982年在法国国立理论物理研究中心做访问学者。回国后一直在天津大学物理系工作至今。1995年当选为中国科
学院院士。曾任中国科学院生物学部第八和第九届常委会常委。现任天津大学教授,天津
市科协副主席,教育部霍英东教育基金会顾问委员等职。 张春霆作为我国为数不多的生物信息学家之一,早年曾从事过短暂的理论物理学研究,
后因故终止。张有较强的数学、物理学和计算机技术基础,以此为背景从20世纪80年代初
开始转而研究理论分子生物学和计算生物学。近20年来他在这方面做了一些有意义的工
作,先后在国外SCI刊物上发表论文70余篇,被引用400余次,在国内外产生了一定的
影响。 张春霆比较有影响的工作之一是关于DNA双螺旋分子动力学的研究。为了模拟在转
录和复制过程中碱基的运动过程,他提出一个新的简化模型,最后归结为一非线性偏微分方
程组,即耦合的双Sine—Gordon方程组。由于这一方程组的一些固有的特性,引起了某些理论物理学家和数学家的注意,对它进行了广泛的研究,这篇论文也被引用了近100次。这些研究加深了人们对于DNA分子转录和复制过程中动力学机制的了解。 张春霆最有影响的工作是在DNA序列分析方面,他提出了.DNA序列的Z曲线理论。
他是注意到碱基对称性在序列分析中的重要性的少数学者之一。他认为DNA分子中四种
碱基或四种核苷酸的对称性是由4阶交代群所描述的。在群表示理论的基础上,他提出了
DNA序列的对称性理论,也称为z曲线理论。根据这一理论,任一DNA序列均可表示为惟
一的一条3维空间曲线,即Z曲线。DNA序列与代表它的Z曲线是一一对应的,给定一方可惟一地求出另一方。因而,Z曲线携带了DNA序列的全部信息,对序列的研究可通过对曲线的研究来进行。这样就开拓了用几何学方法分析DNA序列的新途径。坐标、投影、斜率、曲率和挠率等纯几何学概念与遗传学、基因组学和生物进化等概念似乎风牛马不相及。但是通过张春霆的研究而将此两者建立起紧密的联系。z曲线在三个坐标轴上的投影形成了
它的3个独立的分量。其中x分量显示嘌呤/嘧啶碱基沿序列的分布;y分量显示氨基/酮基碱基沿序列的分布,而z分量显示强氢键/弱氢键碱基沿序列的分布。这3种独立的分布
完整地描述了所对应的DNA序列。上述理论以及相关的方法学在基因组学和生物信息学
中得到了越来越广泛的应用。主要的应用领域有:基因识别,基因组的比较和分子进化以及
DNA序列的长程关联研究等。在基因识别方面比较成功的例子是关于酵母基因组中基因
的识别。传统的方法认为酵母约有6000个蛋白质编码基因,而用z曲线方法研究表明,基
因数将不会超过5645个。这一结论已开始得到某些实验结果的支持。已经用Z曲线方法
对40余种细菌基因组进行基因识别和注释,其基因识别的灵敏度很高,可与传统的马尔科
夫链方法媲美,但比后者有更高的特异度或较低的伪正率。z曲线方法已成为当前国际上
最优秀的原核生物基因识别算法之一。张所开发的有关软件已经在因特网上公布,免费向
纯学术研究部门或个人提供基因识别服务。他还建立了真核和原核生物基因组的Z曲线数
据库,并在因特网上提供查阅和下载服务。这些工作扩大了中国生物信息学研究在国际上
的影响。z曲线已经经历了十年的研究,张也发表了有关的SCI论文20余篇。目前,z曲线
理论及其应用已经在国际生物信息学术界独树一帜,自成一派,并逐步发展成为生物信息学
中的独立的一个分支学科。
张春霆在蛋白质结构分类和蛋白质结构类预测研究中做了较多的工作。在对大量蛋白
质结构进行统计分析的基础上,他提出对蛋白质结构进行分类的新标准。用新标准对数千
种结构已知的蛋白质进行分类,得到比较合理的分类结果。这种分类方法的重要优点之一
在于它可根据客观的分类标准完全由计算机来完成分类,排除了人工分类中的一些不确定
性。在对蛋白质进行合理分类的基础上,如何由蛋白质的一级结构来预测其结构类则成为
一个重要问题。张在这方面研究的贡献是,提出了一系列结构类预测的新算法,提高了预测
精度,并对国际上的相关研究起了积极的推动作用。
张春霆因上述研究成果分别在1996年获国家教委科技进步一等奖和在1997年获国家
自然科学二等奖,均为独立完成人。
|