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系统生物学研究现状及应用 　　【摘要】系统生物学是一门将生物作为一个系统来进行研究的科学，其整合了多个学科知识，通过对生物进行全方面的定量数据收集后，模拟和预测生物系统，以期能更好的认识、理解甚至调控、设计生命过程。目前的系统生物学还处于萌芽阶段，其研究和应用局限于对生物某个方面的系统分析，对生命总体研究尚不能实现。但应看到许多大型的计划正在实施当中，大量人力物力的投入，新技术的不断涌现，不少理论成果已应用到实际阶段。系统生物学必将有长足的发展并最终造福人类。? 　　【关键词】系统生物学；模拟；组学；生物系统 　　 　　1引言? 　　随着人类基因组计划的完成，多种生物基因序列的测序工作已经完成，越来越多的生物数据从实验室进入到了可以被公众利用的各个数据库中，当前分子生物学取得了如此重大的成就，而我们在向未来展望时，难免会想到如何利用这些海量的数据，使我们能更好的利用生物资源，更全面更真实的了解生物乃至人类本身，能够防止病患，改善环境，提高生活质量等等。这一系列的问题需要生物学通过更为长足的发展来解决［1］。? 　　生物学从对以前对生物表型的简单观察和描述的学科发展到分子水平的研究是一个巨大的飞跃，然而要获得对生物完整的认识仅仅将生物进行简单的分解是远远不够的。因为对于一个系统来说，整体绝不是部分的简单相加［2］。将每一个细节独立出来研究已不足以正确理解某个哪怕是最简单的生物，何况当前生物科学的研究的落脚点已经不再是对生物本身的描述，而转移到了对生物系统进行预测和控制。无论从方法学还是研究思路上，系统生物学已经成为生物学的发展趋势，生物学正在由一个描述性的学科转变为一个由假设驱动的学科［3］。系统生物学逐渐得到了越来越多的重视。本文简单介绍了系统生物学的基本情况，综述了其目前的研究进展及其在生物学研究中的应用。? 　　 　　2系统生物学的含义以及研究方法? 　　2.1对系统和生物系统的理解一般来讲，系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的,具有特定功能的有机整体［2］。元素、相互作用以及整???是系统的关键要素。? 　　要对生物系统进行理解，需要从整体与局部，结构与功能，稳定与演化等等多个视角着手，是异常复杂和艰巨的。生物系统的特点有复杂性complexity和稳健性robustness，系统中包含的元素数量巨大，种类繁多,相互作用复杂是其复杂的表现。系统的模块性，冗余性，反馈和前馈的行为等是他的稳健性的表现。? 　　2.2系统生物学的含义以系统的观点来研究生物学早已有之，但以前我们对于生物的理解远远不够深入，对生物系统理解因此而仅仅只能停留在表层。时至今日，分子生物学的发展使得我们积累了对生物分子水平最细枝末节的了解，而各种代谢途径和相互作用的了解又是这些数据的整合成为可能。正是这些积累，使得用系统的观点来解释生物时可以获得更多更新的成果。? 　　2.3系统生物学的研究方法及应用自DNA双螺旋发现 　　以来，还原主义（Reductionism）的思想几乎是整个生物学的统治思想，在这种思想指导下，科学家们在研究生物时是将生物系统细分，最终研究目标是生物中的某个基因，某个分子，目前，关于生物的这些数据已经逐步积累起来，要全面理解生物，单靠这些零散的数据显然不能成功，于是，系统生物学出现了，他是对生物进行整体的研究，不仅仅是对DNA-RNA-蛋白质-蛋白质相互作用-生物模块-细胞内生物模块形成的网络结构-细胞和组织的网络-个体-物种-种群这些各个生物信息传导的层次进行整体的多纬度的研究，而且是对生物这一非线性非对称复杂开放巨系统进行动态的，定量的，全面的了解。系统生物学的研究中，进行系统分析的主要思路是：①首先，应该对该生物系统有一个初步的认识，建立一个简单的模型;②再应用高通量技术从整体来定义系统中的部分;③然后要进行的是干扰这个系统，例如敲掉某个基因，阻断某条代谢通路，比较所有部件干扰前和干扰后的关系;④整合这些数据，用它们跟以前建立的模型进行对比;⑤当发现数据与模型中有所差别时，建立一个假说来解释这些差别，通过实验所得的数据修正模型，重复步骤3-5［6］，直至模型与实验所得数据相符。? 　　2.3.1系统生物学多信息的融合在生物学中，分子生物学的发展已经为我们提供了很多的数据。在基因组学的基础上发展了转录组学、蛋白质组学、代谢组学、相互作用组学和表型组学等，系统生物学并不是具体的完善上述各个组学的研究内容，也不是将它们的研究内容简单的综合起来，而是从整体的角度把握这些数据，应用系统的观点对它们进行分析，以期得到更接近客观真实的信息。? 　　LeroyHood建立的系统生物学所所发表的第1篇文章就是以系统的观点来研究酵母的半乳糖利用系统，以此为例，我们可以更好的了解系统生物学的研究方法以及