系统生物学

近代生物学发展现状：
• 近代生物学研究主要是以分子生物学和 细胞生物学研究为主。研究方法皆采用 典型的还原论方法。目前为止，还原论 的研究已经取得了大量的成就，在细胞 甚至在分子层次对生物体都有了很具体 的了解，但对生物体整体的行为却很难 给出系统、圆满的解释。生物科学还停 留在实验科学的阶段，没有形成一套完 整的理论来描述生物体如何在整体上实 现其功能行为，这实际上是还停留在牛 顿力学思想体系的简单系统的研究阶段 [2，3]。
因或蛋白质。而系统生物学的特点，则是要把水平型研究和垂直型研究整 合起来，成为一种“三维”的研究[6]。
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系统生物学的研究方法
• 系统生物学最重要的研究手段是干涉(perturbation)。系统生物学的
发展正是由于对生物系统的干扰手段不断进步促成的。干涉主要分为 从上到下(top-down)或从下到上(bottom-up)两种。从上到下，即
• 这里的整合主要包括三重含义。 第一，把系统内不同性质的构成要素(DNA、mRNA、蛋白质、生物小分 子等)整合在一起进行研究； 第二，对于多细胞生物，系统生物学要实现从基因到细胞、到器官、到组 织甚至是个体的各个层次的整合。 第三，研究思路和方法的整合。经典的分子生物学研究是一种垂直型的研
究，即采用多种手段研究个别的基因和蛋白质。而基因组学、蛋白质组学和 其他各种“组学”则是水平型研究，即以单一的手段同时研究成千上万个基
生物学的未来发展的wk.baidu.com题：
• 在近代生物学发展现状下，20世纪末人类基因组计划完成 后，生物学领域的科学家都在考虑一个问题：未来生物学 研究的方向在哪里？为此学术界也不乏辩论。得出的共识 是：
• 1.如何弄清楚单一生物反应网络，包括反应分子之间的关 系、反应方式等；
• 2.如何研究生物反应网络之间的关系，包括量化生物学反 应及生物反应网络；
系统生物学的短板：
• 对一个复杂的生物系统来说， 研究基因和蛋白质是非常重要 的，而且它将是我们系统生物 学的基础，但是仅仅这些尚不 能充分揭示一个生物系统的全 部信息。这种研究结果只限于 解释生物系统的微观或局部现 象，并不能解释系统整体整合 功能的来源，不能充分揭示一 个生物系统的信息，且忽略了 系统中各个层面的交互、支持、 整合等作用,限制了生物学研究 的发展。
• 3.如何利用计算机信息及生物工程技术进行生物反应，生 物反应网络，乃至器官及生物体的重建。
• 系统生物学的主要研究内容 • 系统生物学的研究思路及特点 • 系统生物学的研究方法 • 当代系统生物学研究热点 • 现阶段系统生物学存在的问题
系统生物学的主要研究内容
• 系统生物学的技术平台主要为各种组学研究。这些高通量的组学实验构成了 系统生物学的技术平台，提供建立模型所需的数据，并辨识出系统的结构。
系统生物学——生命科学的新领域
材料化学32班 黄娇凤
摘要：
• 20世纪生物学从宏观到微观进步巨大，传统的分析还原的 研究方法受到质疑。在此背景下，系统生物学是继基因组 学、蛋白质组学之后一门新兴的生物学交叉学科。从系统 角度来进行生物学研究逐步成为现代生物学研究方法的主 流。在研究上，了解一个复杂的生物系统需要整合实验和 计算方法、基因组学和蛋白质组学中的高通量方法为系统 生物学发展提供大量的数据，计算生物学通过数据处理、 模型构建和理论分析，成为系统生物学发展的一个必不可 缺的、强有力的工具，已经在诸多医学前沿领域的研究中 成为重要研究方法而被广泛应用。本文旨在阐述系统生物 学的发展现状及其应用前景，希望能对广大相关领域的读 者有所价值。
• 在1999年，由Leroy Hood创立的系统生物 学(systems biology)则是在以还原论为主流 的现代生物学中反其道而行之，把这种以整体 为研究对象的概念重新提出。他给系统生物学 赋予了这样的定义，系统生物学(systems biology)是研究一个生物系统中所有组成成分 (基因、mRNA、蛋白质等)的构成，以及在特 定条件下这些组分间的相互关系的学科。以胡 德的观点，基因、蛋白质以及环境之间不同层 次的交互作用共同架构了整个系统的完整功能。 因此，用系统的方法来理解一个生物系统应当 成为并正在成为生物学研究方法的主流。
由外至里，主要指在系统内添加新的元素，观察系统变化。
• 目前国际上系统生物学的研究方法根据所使用研究工具的不同可分为 两类：一类是实验性方法，一类是数学建模方法。
实验性方法
• 实验性方法主要是通过进行控制性的反复实验 来理解系统[8，9]。
• 首先明确要研究的系统以及所关注的系统现 象或功能，鉴别系统中的所有主要元素，如DNA、
mRNA、蛋白质等，并收集所有可用的实验数据， 建立一个描述性的初级模型(比如图形的)，用以解 释系统是如何通过这些元素及其之间的相互作用 实现自身功能的。
• 系统生物学的研究包括两方面的内容：
一是，实验数据的取得，这主要包括提供生物数据的各种组学技术平台 二是利用计算生物学建立生物模型。
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系统生物学的研究思路及特点
• 系统生物学识别目标生物系统中的各种因素，然后构架一个系统模型，在其 中赋予这个生物系统能动性。在此模型中研究细胞、组织、器官和生物体整 体水平，研究结构和功能各异的各种分子及其相互作用，并通过计算生物学 来定量描述和预测生物功能、表型和行为。系统生物学最大的特点即整合。
• 系统生物学主要研究：
实体系统(如生物个体、器官、组织和细胞)的建模与仿真、生化代谢途径的动 态分析、各种信号转导途径的相互作用、基因调控网络以及疾病机制等[4， 5]。
• 系统生物学的首要任务：
对系统状态和结构进行描述，即致力于对系统的分析与模式识别，包括对系 统的元素与系统所处环境的定义，以及对系统元素之间的相互作用关系和环 境与系统之间的相互作用的深入分析。
关键词：
计算生物学
系统生物学
蛋白质组学
基因组学
先驱：
• 在1969年，Bertalanfy LV就提出了一般系 统理论(general systems theory)，他在文章 中指出生物体是一个开放系统，对其组成及生 物学功能的深入研究最终需要借助于计算机和 工程学等其他分支学科才能完成[1]。