第二章 system biology

1、疾病的系统生物学疾病的系统生物学梅柱中梅柱中病理生理学教研室病理生理学教研室个体水平：个体水平：分子水平：分子水平：蛋白质蛋白质DNA现代生物学家眼中的生命现代生物学家眼中的生命还原论观点还原论观点细胞水平：细胞水平：生命科学中的生命科学中的“小科学小科学”认识论认识论目标小目标小方法论方法论视野小视野小基因克隆技术基因克隆技术蛋白质结构分析技术蛋白质结构分析技术从人类基因组计划到后基因组时代从人类基因组计划到后基因组时代生命科学中的生命科学中的“大科学大科学”方法论方法论视野大视野大认识论认识论目标大目标大酵母的基因功能网络酵母的基因功能网络后基因组时代的生命观：复杂系统后基因组时代的生命观

2、：复杂系统后基因组时代的生命观：复杂系统后基因组时代的生命观：复杂系统后基因组时代的生命观：复杂系统后基因组时代的生命观：复杂系统细胞信号转导网络细胞信号转导网络走向新的综合走向新的综合小小科学科学大科学大科学系统生物学系统生物学生命科学的第二次革命生命科学的第二次革命科学革命科学革命科学革命科学革命常规科学常规科学常规科学常规科学科学家对自然界的认识程度科学家对自然界的认识程度19501990中心法则的发现中心法则的发现分子生物学的诞生分子生物学的诞生系统生物学的诞生系统生物学的诞生时间时间人类基因组计划人类基因组计划传统生物科学传统生物科学（中国传统医学）（中国传统医学）输入输入输出输出经

3、典生物实验科学经典生物实验科学输入输入输出输出A(基因基因/蛋白质蛋白质)B(基因基因/蛋白质蛋白质)系统生物学系统生物学输入输入输出输出研究生命的新思维研究生命的新思维综合性研究综合性研究分析性研究分析性研究分析分析+综合研究综合研究系统生物学系统生物学 (Systems Biology) 系统生物学是系统生物学是系统性系统性地研究一个生物系统地研究一个生物系统中中所有组成成分所有组成成分（DNA、RNA、蛋白质等）蛋白质等）的构成以及在特定条件下这些组分间的的构成以及在特定条件下这些组分间的相互相互关系关系，并分析生物系统在一定时间内的，并分析生物系统在一定时间内的动力动力学过程学过程。系

4、统生物学系统生物学 (Systems Biology)系统生物学系统生物学21世纪的新科学世纪的新科学研究对象：各种层次的整合研究对象：各种层次的整合 GenomeTranscriptomeProteomeCitric acid cycleMetabolome研究对象：各种生物分子的整合研究对象：各种生物分子的整合n基因组学的概念于1986年由美国著名的人类遗传学家Thomas Roderick率先提出来；n人类的基因组计划（HGP）于1990年正式启动，人类基因组计划与曼哈顿原子弹计划和阿波罗计划并称为三大科学计划；n预期在2005年，把人体内约10万个基因的密码全部解开，同时绘制出人类基因

5、的图谱；n结构基因组学：是通过基因作图，核苷酸序列分析以及确定基因组成、基因定位的一门科学。基因组学基因组学n功能基因组学：进行基因组功能的注释、了解基因的功能、认识基因与疾病的关系、掌握基因的产物及其在生命活动中的作用。 1）进一步识别基因； 2）注释所有基因的功能； 3）研究基因的表达调控机制； 4）比较基因组学研究。n基因组学的应用。基因组学基因组学n是一门在整体水平上研究细胞中基因转录情况及转录调控规律的学科。n转录组：是指特定细胞在某一功能状态下全部转录本的总和，包括mRNA与非碥码RNA。n研究内容包括：在特定的细胞中所有可能的转录本、它们的时空表达模式、参与其表达的调控因子及其调

6、控机制、转录调控的作用靶点及其对基因表达结果的影响、靶基因表达对相关生物功能与生物学行为的影响。n研究方法：cDNA芯片和高通量测序技术。转录组学转录组学cDNA芯片检测的原理芯片检测的原理蛋白质组学蛋白质组学n蛋白质组（proteome)是指一个基因组、一种细胞或组织表达的所有蛋白质。n蛋白质组学则是通过大规模研究蛋白的表达水平变化、翻译后修饰、蛋白质与蛋白质之间的相互作用，以获取蛋白质水平上疾病变化、细胞进程及蛋白质网络相互作用的整体综合信息的科学研究，是生命科学研究的热点领域之一。n研究内容包括：表达蛋白质组学、结构蛋白质组学与功能蛋白质组学。n研究技术：蛋白质分离、蛋白质鉴定和生物信息学分析。蛋白质组学流程蛋白质组学流程n代谢组学是对某一生物或细胞在特定生理时期内所有低分子量代谢产物同时进行定性和定量分析的一门学科，其目的是寻找代谢物与生理病理变化关系的规律。n主要研究的是作为各种代谢路径的底物和产物的小分子代谢物（相对分子量2.0时计为阳时计为阳性。性。HER2 FISHTrastuzumab (Herceptin)临床实验发现：Herceptin能延长病人34个月的生命，减少死亡率20%，8%的人被治愈，57%的人有疗效，因此Herceptin是定靶治疗的一个成功范例。2121世纪生物医学发展趋势世纪生物医学发展趋势