系统生物学研究及其在医学中的应用

目前,系统生物学研究已初显端倪。生物学正从分子生物学走向系统生物学,由精细的分解研究转向系统的整体研究,由还原论的研究方法过渡到系统论的研究方法。简要论述了系统生物学的产生背景、结构和内容、研究思路和方法、与医学的关系等,重点介绍系统生物学的内容和研究方法,以及在疾病治疗和药物开发中的研究进展。     

系统生物学的研究进展

系统生物学以系统的观点．运用工程和计算机技术及各种先进的生物学研究手段研究细胞中所有基因和蛋白质,来解释生命的奥秘。系统生物学是在基因组序列的基础上完成由生命密码到生命过程的研究,了解系统的结构和功能,揭示系统内部各组成成分的相互作用和运行规律。从系统生物学的产生背景、发展现状和研究目标、研究平台、研究动态等方面综述了系统生物学的研究。     

传统中国医药与现代系统生物学研究理论的殊途同归

系统生物学是研究一个生物系统中所有组成成分(基因、mRNA、蛋白质等)的构成与组分之间相互关系的学科,近年来,系统生物学作为后基因组学时代研究的一个重要内容,已广泛深入到生命科学和医药学的各个领域。而作为中国传统医学而言,似乎与之相去甚远,然而当我们对这两个新老学科基础理论进行比较时,我们发现:传统中国医药与现代系统生物学研究理论的殊途同归。有鉴于此,本文论述了系统生物学和中医学的思想起源、相互联系,基于系统生物学的发展、研究思路和方法,阐述了生物学由还原论的研究方法过渡到系统论的研究方法,强调对生命现象从系统和整体的层次进行研究和把握,对传统中医学研究方法的变革起到了推动作用,最后对系统生物学在中医药学未来发展进行了评价。     

系统生物学的研究进展

21世纪是生命科学研究的新时代,是系统生物学的时代.系统生物学以系统的观点,运用工程和计算机技术和各种先进的生物学研究手段研究细胞中所有基因和蛋白质来解释生命的奥秘.系统生物学强调对生命现象要从系统和整体的层次加以研究和把握,不仅要了解系统的结构和功能,而且还要揭示出系统内部各组成成分的相互作用和运行规律,已成为当今生命科学最具活力的新兴前沿学科之一.     

21世纪的生物学--系统生物学

2003年9月,美国哈佛大学医学院开设了20年来新增的第一个研究组——系统生物学(systems biology)研究室,显示了系统生物学在医学和生物学领域中的重要地位。系统生物学是近年来发展最快的生物医学领域,其研究前景被广泛看好,它已成为生物学的重要分支之一。除哈佛大学外,同城的麻省理工学院,已率先建立了一个由80个研究和教学职位组成的以系统生物学为主的研究机构。     

系统遗传学与生物技术-细胞分子生物系统的分析与合成

生物系统的科学与工程是整合系统论、实验、计算和工程方法的交叉学科研究与应用.系统生物学、系统医学,建立在系统科学和数学模型基础上,采用分子、组学生物技术和计算、生物信息技术,以及基因合成与转基因生物技术等研究生物系统原理和规律.系统遗传学与系统生物技术是研究天然与人工生物系统的基因系统与蛋白质系统构成细胞的软件信息与硬件运行系统的机理与方法.合成生物学、系统生物工程也是建立在系统科学和数学模型基础上,应用于生物系统原理设计虚拟计算机信息软件和仿生人工机器硬件、人造工程生物体和基因信息系统等.     

合成生物学展望

21世纪生命科学将因系统生物学和合成生物学而进入新的发展时期,系统生物学使生命科学由实验科学转变为定量、预测的系统科学,而合成生物学是在系统生物学基础上进一步把生命科学推向工程科学．把系统生物学研究的天然元件、模块、网络、系统转变为工程化的元件、模块、网络用以构建具备各种功能的生物装置和生物体。     

系统生物学对医学的影响

系统生物学是21世纪最前沿的科学之一,它是随着生命科学飞速发展而产生的一门新兴生物学分支[1],它综合数学、信息科学和生物学的各种工具来阐明和理解大量的数据所包含的生物医学意义,从而使人们能够从整体上理解生物医学系统并精确、量化地预测生物医学系统的行为。随着系统生物学的发展及其理论的突破,将在疾病诊治、新药开发、预防医学方面发挥重要的作用,有助于弥补传统医学缺陷并促进其发展。     

系统生物学——生命科学的新领域

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,代表21世纪生物学的未来.最近,系统生物学研究机构纷纷成立.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了大量的数据.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、强有力的工具.在应用上,系统生物学代表新一代医药开发和疾病防治的方向.     

微生物学与系统生物学发展

系统生物学是研究生物网络系统的科学,从基因调控网络到细胞、组织和生物体网络,阐明生物系统的构成、动力学及控制方式。系统生物学是以假说驱动的研究策略,在综合现有数据的基础上构建系统模型,根据模型提出可以检测的假说,并设计实验以验证假说,根据实验结果再修正模型,不断重复以得到正确的系统模型。在系统生物学的发展中,细菌作为一个很好的模式生物,将起到重要作用。系统生物学的发展不仅依赖于新技术的发明和应用,更有赖于以新的思路去培养新一代的生物学家。     

水稻育种行业创新进展

水稻是我国最重要的粮食作物,水稻等主要作物的持续稳定生产对保障我国粮食安全和农业可持续发展具有重大的现实和战略意义。近20年来,水稻分子生物学和分子设计育种方面均取得了一系列的重要研究进展,特别是重要功能基因的发现与利用,随着基因组学、计算生物学、系统生物学、合成生物学等新兴学科的发展,不仅为解析生物复杂性状的遗传调控网络带来了机遇,也为育种技术创新奠定了科学基础。本文简要综述与提高水稻产量有关的功能基因研究进展。     

心血管系统生物学研究进展

在后基因组时代中,系统生物学是最受关注的领域之一.系统医学生物学是系统生物学的一个重要的分支和组成部分,主要研究的对象是人体、疾病和防治措施.由于心血管疾病突出的重要性,研究人员正致力于心血管系统生物学的研究.本文综述了心血管系统生物学主要的研究课题,总结了用以整合数据的方法和策略,心血管系统模型的类型和应用,建模的工具和标准,未来的发展方向,以及心血管系统生物学可能将面临的一些挑战.     

方兴未艾的生物信息学

生物信息学(bioinformatics)是一门综合运用生物学、数学、信息和计算机科学等多学科理论、技术和方法,研究生物学系统和生物学过程中信息流及其运作机制的科学。其发展背景是20世纪后期,迅猛发展的分子生物学所积累的海量数据已经     

系统生物学与细胞发生系统动力学

系统生物学是系统理论和实验生物技术、计算机数学模型等方法整合的生物系统研究,系统遗传学研究基因组的稳态与进化、功能基因组和生物性状等复杂系统的结构、动态与发生演变等。合成生物学是系统生物学的工程应用,采用工程学方法、基因工程和计算机辅助设计等研究人工生物系统的生物技术。系统与合成生物学的结构理论,序列标志片段显示分析与微流控生物芯片,广泛用于研究细胞代谢、繁殖和应激的自组织进化、生物体形态发生等细胞分子生物系统原理等。     

基因工程技术领域的专利竞争和分析

合成生物学（synthetic biology）是现代生物学中出现的新兴研究领域,其基本方法是,利用不同生物组件（biobricks）组合成基因线路（genetic circuit）,让其依循可预期的方式表现出特定功能。可以说,合成生物学结合了分子生物学及工程学的原理,设计和建造标准化及可交换性DNA序列以构成生物组件。     

系统生物学——21世纪生物学的主流研究方法

随着还原论的现代医学从器官、细胞、基因乃至分子一步步解析研究的深入,20世纪的生物学也经历了从宏观到微观的不断发展过程,然而人们在为医学科技飞速发展取得的成就不断欢欣鼓舞的同时。面对海量的研究数据以及现代医学的实际困境,迷惑和疑问也与日俱增——人们曾经寄予厚望的基因研究并没有能够真正解开疾病的奥秘,分析和还原的研究思路正在受到越来越多的质疑,此时,系统生物学作为对现代还原的一个“反动”诞生了,系统生物学的产生源于目前生物学研究本身固有的局限性。很快受到了各国科学家的重视。     

重建基因调控网络

分子生物学的主要挑战是如何更好的理解基因间的调控机理。重建基因网络有助于探索生命系统的本质问题。这里对研究基因调控网络的起源、发展动向、目的和方法及目前所面临的挑战进行了综述。     

中国科学院分子发育生物学重点实验室

中国科学院分子发育生物学重点实验室始建于1994年9月,19g8年3月建成验收.2001年,原中国科学院发育研究所和中国科学院遗传研究所整合成立中国科学院遗传与发育生物学研究所,之后在中国科学院分子发育生物学重点实验室基础上成立了发育生物学中心.实验室以模式生物为研究对象,运用分子生物学、细胞生物学、分子遗传学和分子系统生物学等手段探索生物个体发育和与发育相关的人类疾病的遗传调控及其分子机理,为国家重大需求如动植物遗传改良与人类遗传发育疾病防治等提供理论基础和技术支持,是发育生物学知识创新和高级研究人才培养的基地.     

复杂疾病靶基因识别与网络重建的计算系统生物研究

复杂疾病相关靶基因的识别、构建疾病驱使相关基因网络及进行疾病机制研究,是功能基因组学研究中非常重要的科学问题。文章以计算系统生物学的观点和三维的角度,综述了基于生物谱（SNP遗传谱、芯片表达谱和2D-PAGE蛋白质谱等）的复杂疾病靶基因识别、多水平（SNPs虚拟网络、基因调控网络、蛋白质互作网络等）遗传网络逆向重构方法,及不同水平的网络之间在生物学和拓扑学上的纵向映射关系,并给出复杂疾病靶基因识别与网络关系的计算系统生物方法研究的未来展望。     

代谢工程发展30年

代谢工程学科建立30年以来先后与分子生物学、系统生物学和合成生物学发生深度的交叉融合,并在此基础上获得了飞速发展,极大地促进了生物技术产业的进步和升级。文中首先基于SCI论文发表情况对30年来代谢工程学术研究现状和我国在该领域的地位和影响力进行了分析,随后总结了近10年来系统生物学方法和合成生物学的主要使能技术在代谢工程中的应用。最后讨论了目前代谢工程发展中存在的主要问题和今后的发展趋势。