第十章 系统生物学及其在分子生态学中的应用.ppt

系统生物学对当代生物科学发展的影响 人类认识世界的两种方法论 还原论－西方科学的灵魂 整体＝∑局部 把科学研究对象尽可能小地分解成基本的组成部分，通过分析和重复性实验寻找其中各组成部分相互间的可由数理证明的相互作用关系，从而获得普适的规律性的物质运动原理。 由培根和笛卡尔开创的“还原论”及相应的分析法在推动了以牛顿力学为经典的科学技术发展中，创造了空前的辉煌业绩 还原论与生物学 还原论与生物学 还原论与生物学 分子生物学的兴起使还原论达到了空前的成功 还原论与生物学 分子生物学的兴起使还原论达到了空前的成功 基因决定论 肥胖基因、长寿基因、甚至犯罪基因 基因工程兴起 基因工程药物、转基因植物、转基因动物 体细胞克隆成功 多莉 基因疗法 还原论的困境 基因工程的安全性 多莉羊早衰 基因疗法失败 …… 还原论的困境 从宇宙、生物圈、动物界、植物界，到个体，器官、组织、细胞、细胞器、DNA、基因片段…还原论的洋葱皮已经剥到“芯”了 DNA双螺旋结构的发现以及随后的基因突破已经抵达到有机生命与无机物质的拐点，还原论在生命科学领域里所承担的使命大致已经终结 科学的分析时代必然划向综合时代－－恩格斯 系统的认识观－－整体论 整体＞∑局部 整体论把世界宇宙看作是一个统一的整体，各种事物之间相互联系，不可机械地分割.任何系统都是由一定结构构成的整体，系统的功能大于各孤立部分功能之和，对系统中各孤立部分的研究不能代替对整体的研究 整体论的范例－－生态学:生态学追求综合、联系、平衡的思想方法，把研究对象作为一个有边界、有范围、有层次，各因子在功能上协调一致的生态系统来研究 生物体是个相互作用的系统 系统生物学的兴起 1950-199 9 : Focus on single elements (DNA, RNA, protein, etc) 1999-2000 : Decoding various genomes and development of arrays Last 5 years : Need to integrate the elements with a systems approach 系统生物学的兴起 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 －－Leroy Hood 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。 从基因到系统 系统生物学的主要技术平台 生物体是由大量结构和功能不同的元件组成的复杂系统，因此，要建立多层次的组学技术平台，研究和鉴别生物体内所有分子，研究其功能和相互作用。 在各种技术平台产生的大量数据的基础上，通过计算生物学用数学语言定量描述和预测生物学功能和生物体表型和行为。 主要技术平台有：基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学、相互作用组学和表型组学等 系统生物学的主要技术平台 系统生物学的主要技术平台 基因组学与蛋白质组学是其中的两个关键部分 系统生物学技术平台－基因组学 基因组：生物体内全部遗传信息的总和 基因组学 国际人类基因组计划合作组织在2004年10月21日出版的《NATURE》杂志上宣布，一张精度大于99%、误差小于10万分之一的人类基因组完成图已成功绘就。 系统生物学技术平台－蛋白质组学 蛋白质是控制生命活动的关键所在， 只有了解了蛋白质组才能真正揭示生命的活动规律 蛋白质组学 蛋白质组学 基本技术路线 蛋白质相互作用网络 系统生物学关注的不是单个基因或蛋白，而是它们的相互关系 系统生物学技术平台－代谢组学 　代谢组学是通过考察生物体系受刺激或扰动后(如将某个特定的基因变异或环境变化后) 其代谢产物的变化或其随时间的变化, 来研究生物体系的代谢途径的一种技术; 它所关注的是相对分子质量为1000以下的小分子。 代谢途径网 每一节点代表一种 代谢物 每一连线代表一个 反应 整合－系统生物学的核心 系统内不同性质的构成要素（基因、mRNA、蛋白质、生物小分子等）的整合 从基因到细胞、到组织、到个体的各个层次的整合。 研究思路和方法的整合 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，真正实现这种整合还有很长的路要走 从分子水平推断基因效应。 三