systems biology approaches to bioremediation 张爽10808057 什么 .pptVIP

什么是系统生物学？ 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，以及在特定条件下这些组分间的相互关系的学科。也就是说，系统生物学不同于以往的实验生物学——仅关心个别的基因和蛋白质，它要研究所有的基因、所有的蛋白质、组分间的所有相互关系。显然，系统生物学是以整体性研究为特征的一种大科学。 系统生物学的灵魂---整合 首先，它要把系统内不同性质的构成要素（基因、mRNA、蛋白质、生物小分子等）整合在一起进行研究。 系统生物学研究所的第一篇研究论文，就是整合酵母的基因组分析和蛋白质组分析，研究酵母的代谢网络。 基因组和基因表达方面的研究已经比较完善，而蛋白质研究就较为困难，至于涉及生物小分子的代谢组分的研究就更不成熟。因此，要真正实现这种整合还有很长的路要走。 对于多细胞生物而言，系统生物学要实现从基因 到细胞、到组织、到个体的各个层次的整合。 《科学》周刊系统生物学专集中一篇题为“心脏 的模型化——从基因到细胞、到整个器官”的论文， 很好地体现了这种整合性 系统科学的核心思想是：“整体大于部分之和”； 系统特性是不同组成部分、不同层次间相互作用 而“涌现”的新性质；对组成部分或低层次的分析 并不能真正地预测高层次的行为。如何通过研究 和整合去发现和理解涌现的系统性质，是系统生 物学面临的一个根本性的挑战。 系统生物学整合性的第三层含义是指研究思路 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。首先 是在DNA水平上寻找特定的基因，然后通过基因突 变、基因剔除等手段研究基因的功能；在基因研究 的基础上，研究蛋白质的空间结构，蛋白质的修饰 以及蛋白质间的相互作用等等。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。此外， 系统生物学还是典型的多学科交叉研究，它需要生命 科学、信息科学、数学、计算机科学等各种学科的共 同参与。 微生物对污染物的降解与转化? 环境中存在的各种天然产物，特别是有机物，几乎都能找到可以使之降解或转化它的微生物。然而由于近几十年来许多人工合成的化合物，是自然界中原来所没有的。因此不可能存在有作用于它们能使之分解的微生物和酶系，甚至对微生物还有杀灭作用。 例如已发现多种微生物对合成有机物的降解作用： 酚类已发现降解细菌有30个属，66种 卤素有机物降解细菌有27个属，40种 合成含氮有机物降解细菌有18个属，36种 合成表面活生剂降解细菌有18个属，43种 石油烃类降解细菌有100多个属，200多种 系统生物学在生物除污中的应用 找到不同污染物降解的关键基因，将其在某一菌株中组合，构建高效能的基因工程菌株，一菌多用，可同时降解不同的环境污染物质，极大发挥其改善环境、排除污染的潜力。 美国基因组研究所结合生物芯片方法对微生物进行了特殊条件下的表达谱的研究，以期找到其降解有机物的关键基因，为开发及利用确定目标。 生物芯片 有机污染物的可生物降解性 当前已知的环境污染物达数十万种，其中大量为有机化合物，它们可接受光分解，化学分解与生物分解，其中生物分解为主。 1）可生物降解物质：单糖、蛋白质、淀粉、核糖等降解快的物质 2）难生物降解物质：纤维素、农药、烃类、降解慢的一类物质 3）不可生物降解物质：塑料、尼龙、腈纶、涤纶、聚酯、氟里昂、多环，杂环芳烃、高聚物等 Systems biology approaches to bioremediation 张爽Bacterium 生物信息以这样的方向进行流动：DNA→mRNA→蛋白质→蛋白质相互作用网络→细胞→器官→个体→群体。这里要注意的是，每个层次信息都对理解生命系统的运行提供有用的视角。因此，系统生物学的重要任务就是要尽可能地获得每个层次的信息并将它们进行整合。 Systems Parts Fabrication Design Tools Registries Synthesis Measurement Applications The Goal 试图控制细胞的行为，研制不同的基因线路———即特别设计的、相互影响的基因。 一、好氧堆肥 固体有机废物的堆肥处理 特点：高温堆肥（一般在50-60℃，极限可达80-90℃） 堆制 升温 高温 降温 腐熟 1-2d 50-60℃ 中温菌 嗜热菌