1.1 研究動機
人類基因定序是生物科技發展上的一大躍進，伴隨而來的難題是，該如何分 析這麼大量的資料。計算式演算法陸續地提出來，希望藉由電腦的補助，發掘隱 藏在這巨量資料中的重要訊息，如演化發展史中親嗣關係、蛋白質功能的確認、
基因與蛋白質之間的相互影響，在生物體中所引起的一連串效應，而最終的目標 還是期望能找出遺傳疾病產生的主因。
生命體內複雜的生化反應或生物的特徵等主要是由蛋白質來控制、決定，而 蛋白質的產生則是依據去氧核醣核酸(DNA)序列中所隱含的遺傳密碼經由轉錄到 核醣核酸(RNA)序列，再透過轉譯的過程形成蛋白質產物。藉著分析去氧核醣核 酸、核醣核酸與蛋白質序列，生物學家便能更了解蛋白質的特性，甚至於整個生 命系統運作的機制。
將生物物質分門別類收集，是一種常用來減低研究複雜度的方式。例如，蛋 白質的分類是生物資訊領域中一個重要的議題，其主要目的在於明瞭蛋白質的功 能、縮短藥物發明的時間。相同的，若希望能更快速地知道核醣核酸的功能特性，
亦可先從分群的工作著手。而大部份蛋白質的分類方法，是根據序列間的相似度 或是相似片段。儘管標記出蛋白質序列中共同片段的方法已發展成熟，這些演算 法卻不適用於核醣核酸序列的分析，因為核醣核酸的生物功能是由它所形成的結 構來決定(Pley et al., 1994; Scott et al., 1995; Ekland et al., 1996)，
因此，核醣核酸的分類必須架構在擁有相同二級結構的條件上。
由於核? (ribozyme)的發現，顛覆了生物學家對核醣核酸的刻板印象，也颳 起了一股研究熱潮。然而，那些議題大多著眼於核醣核酸結構的預測。本研究以 不同的角度切入此領域，研究目的主要定位於核醣核酸的分群。我們認為，每個 家族的核醣核酸都具備其代表性的二級結構元，故可利用此結構元來搜尋屬於此 家族的核醣核酸。以此觀點為基礎，我們希望能針對一群核醣核酸序列進行分 群，並預測每一個家族共同的二級結構。
1.2 研究假設
在設計整體架構，作業流程時，我們以兩個基本假設為出發點，來設計演算 來解決我們所定義的問題：
【假設一】 相同家族的核醣核酸之間，存在某些共同的特徵，其中二級結構元 是一項重要的指標。
既然決定核醣核酸功能的主要因素為其結構 (Pley et al., 1994; Scott et al., 1995; Ekland et al., 1996)，則擁有相似功能的核醣核酸應具備相同的 二級結構元；因此，我們可以利用此特點來判別哪些核醣核酸是屬於相同家族 的，達到分群的目的。
【假設二】 決定核醣核酸功能的結構元，不會出現在隨機產生的序列中。
這是一個合理的假設，因為在演化過程中，雖然可能產生結構的突變，但為 了確保核醣核酸其功能與價值，這種關鍵性的位置與形狀，會一直被保留下來。
因此，若是具有演化意義的結構應當不會出現在任意的序列中。此假設也被應用 在 GPRM 的研究上(Hu 2002)。
1.3 研究目的
2002 年，本實驗室提出 GPRM 系統(Hu 2002)，主要是利用基因規畫方法來 尋找核醣核酸的共同結構。GPRM 的特色是，不必具備專業領域的知識(domain knowledge)，並且能夠直接以二級結構當作演化的目標，同時省去了基因演算法 中編碼、轉碼等瑣碎工作。這種方式不但簡單亦能達到良好的預測結果。再加上 使用的結構表示語言十分具有彈性，除了基本的核醣核酸二級結構外，亦可以偵 測出擬節結構。而本研究欲針對一群未排比的核醣核酸序列，但序列之間的關係 及本身的二級結構皆是未知的，能取得的資訊只有序列的內容，根據上述的假 設，設計一套有系統的流程，同時進行核醣核酸的分群與其結構元的預測。
1.4 系統功能
藉由此篇論文，我們希望能提供下列功能：
(1) 提出新的研究方向
核醣核酸相關研究是一個熱門的領域，但至今，尚未有核醣核酸分群的相關 討論。本篇論文希望能由不同的方向切入此領域，提出新的研究議題，使得核醣 核酸的實驗研究能夠更加充足與豐富。
(2) 整理核醣核酸資料
大量的生物資料無法單純以人力整理與分析，這樣的做法亦不夠精確與客 觀，因此，發展一套自動化的分析系統是刻不容緩的。我們以資訊科學的方法，
設計一套處理程序，以核醣核酸的二級結構為分群依歸，將混雜的核醣核酸資料 分門別類後，能夠更清楚地看出資料中隱含的相同與相異處。
(3) 助於生物學家進行相關實驗
若能取得分析整理過後的資料，生物學家便能專注於主要的實驗探討，而且 對這些統整後的資料，生物學家可以只取感興趣的部份，不必受其它無關的資訊 所影響，產生預期外的結果，故能快速且正確地進行核醣核酸相關的實驗。
(4) 提供方便使用的介面
除了核心系統外，我們還設計一個方便使用的網頁介面，其它研究者可利用 此工具分析他們輸入的資料，以助其實驗研究的進行。
1.5 論文架構
此篇論文包含六大章節，第一章為前言，主要介紹此議題的研究動機、此流 程方法的基礎假設，以及主要的研究目的。第二章則是簡單地介紹核醣核酸的結 構、種類。在第三章，整理了目前預測核醣核酸二級結構常用的方法，針對不同 的演算法，點出其優缺點。第四章是本篇主要重點，詳細介紹本研究針對核醣核 酸分群與結構元預測同時進行所提出的解決方案。在第五章，則整理本研究所進 行的實驗結果。最後，第七章是本研究所參考的相關文獻。