系统生物学2011秋第一讲绪论

(Systems马彬（第一讲(Contents&学术组织、会议 (Research(Plan&Aconfusing

21thCentury者说 新瓶老TheScientist|Volume17|Issue19|27Oct.6,2003那么，究竟什么是“系统生物学”呢(Whatissystems(Systems系统生物学 系统生物学=系统 生物学 系统生物学≠系统 生物SystemsBiology 系统的思想（相互作用着的整体 系统特的的WhatisSystemsSystemsbiologyisanemergentfieldthataimsatsystem-levelunderstandingofbiologicalsystems.Tounderstandbiologyatthesystemlevel,wemustexaminethestructureanddynamicsofcellularandorganismalfunction,ratherthanthecharacteristicsofisolatedpartsofacellororganism.HiroakiKitano（北野宏明）Ph.DProjectDirectorSonyScience,295,1662-1664

ScienceWhatisSystemsSystemsbiologyisascientificdisciplinethatendeavorsto fyallofthemolecularelementso logicalsystemtoassesstheirinteractionsandtointegratethatinformationintographicalnetworkmodelsthatserveaspredictivehypothesestoexplainemergentbehaviors.Science,360,640-643LeroyHood（MDPhD）isrecognizedasoneoftheworld’sleadingscientistsinmolecularbiotechnologyandgenomics.In2000,Hoodco-founded,andiscurrently of,theInstituteforSystemsBiologyinSeattlewhichpioneerssystemsapproachestobiologyandmedicine.什么是系统生物学和生物体整体水平杨胜2004,19（1）：31- Systemsbiologyisadisciplinetostudythespatial-temporalinteractionsofcomponentsindifferentlevelsofbiologicalsystems,seekingtofindthelawsintheorganizationprinciples,dynamicbehaviorsandemergentpropertiesofsuchbiologicalsystems.Themeaningof“Systems”in“SystemsNot:Systematics系统分类学，种系发生学Sameasin“SystemsAlsocalled:“NewSystemsBiology”An“old”but“new”AlfredLotka,ElementsofPhysicalBiologyLudwigvonBertalanffy,TheOrganismConsideredasaPhysicalSystem(1940)ErwinSchrodinger,Whatislife?withmindandmatterandautobiographicalsketches.NorbertWiener,CyberneticsClaudeE.Shannon,AMathematicalTheoryofCommunicationHodgkin&Huxley,themodelofelectricalexcitabilityofneuronsHenrikKacser,Metabolic ysis,…andsoWhatmakes“SystemsBiology”----byLeroy(Contents&学术组织、会议 (Research(Plan&Physiologyisthescienceofstudyingthefunctionalactivitiesanditsmechanismsinbiologicalbody.Forexample:whycanheartautomaticallybeat?英国人哈维是 理学的奠基

WilliamHarvey(1578- 分子生物究的结构与功能、、转录、表达和调

16S

蜘蛛毒

金属硫蛋

胰岛 蛋白

光合作用受Bioinformaticsistheapplicationofstatisticsandcomputersciencetothefieldofmolecularbiology.（fromWiki）AsScience从信息的角度，认识生命活动中AsTechnology: Bioinformatics--adefinitionbyBioinformaticsisdefinedasascientificdisciplinethat passesallaspectsofbiologicalinformationacquisition,processing,storage,distribution, ysisandinterpretation,thatcombinesthetoolsandtechniquesofmathematics,computerscienceandbiologywiththeaimofunderstandingthebiologicalsignificanceofavarietyofdata.人 组计 人 组3.2×109曼哈曼哈 计 登月计人人 组计为什么提出为什么提出60年代初，Kennedy提出两个科学计划登月计

攻克肿瘤计划 人类遗传信息的复杂人人组计(HGP，HumanGenome目标：整体 人类遗传信息的奥公共领域和Celera公司同时宣布完成人类组工作草 国际公共领域结《Science 《Nature》封《Nature》封《Science》封

HighthroughputScience,Vol291,1221-1224,16FebruaryChallengesindecodinggenomic Proteomicsisthelarge-scalestudyofproteins,particularlytheirstructuresandfunctions.(fromWiki)meaning1:asetof

RoboticpreparationofMALDImassspectrometrysamplesonasamplecarrier.meaning2:codedproteinsbythewhole生命活动三要素：物质、能量、信系统生物学与合成生物学的关“Synthetic 涌现属少系统生物学的哲学思人类认识世界的两种方法RENEDESCARTES(1595-"IamthinkingthereforeI JanSmuts(1870-1950)“HolismandEvolution”400 对还原论“ Nature,Volume7,November是生物作者：Edda

是建模仿是系统科学(我加的生命科学的第二人 组计系统生物学科中心法则的学 分子生物学的诞 时“BigBiology”&“SmallNature,2004新的综小科小科大科系系统生物(Contents&学术组织、会议 (Research(Plan&系统生物学研究的四第一步：对选定的某一生物系统的所有组分进行了解和确定，描绘出该系统的结构括 出一个初步的系统模型。第二步：系统地改变被研究对象的组成成分（如突变）或外部生长条件，然后观测在这些情况下系统组分或结构所发生的相应变化，包括表达、蛋白FourFourUnderstandingofsystemUnderstandingbehaviorsoftheUnderstandinghowtocontroltheUnderstandinghowtodesignthe--byHiroakiKitano自上而下(Top-down，以Hood为代表自下而上(Bottom-up，以Kitano为代表整合整合－系统生物学 到细胞、到组织、 的各个层次的整合系统生物学三大学科基生命科信息科系统科 两大技术支基本技杂交和印迹技高通量技 技克隆载体与DNA文ChIP-chip和ChIP-PET技 生物、RNA干各种显微示踪技等

Fluorescence计算技SystemsSystems计算具有实验和理论------数学的运一门科学只有当它充分利用数学之后，才能成为一门精确的科微分方程（常微分方程、偏微分方程、差分方程生命的与进化生命的学说 ,Maple,Mathematica（PySCeS）系统生物学的应(Contents&学术组织、会议和(Research(Plan&学术热研究机构与研究组InstituteforSystemsBiologyfoundedbyLeroyHoodin1999HiroakiOtherfamousSystemsBiologyDepartmentatHarvardMedicalComputationalandSystemsBiologyInitiativeatBio-XatStanfordBioSPIProjectatWeizmann,SystemsX.ch,TheSwissInitiativeinSystemsCaltech,UniversityofEdinburgh,UniversityofGotenberg,HumboldtUniversityBerlin,InstituteforBiology,TheoreticalBiophysics,Berlin,Germany系统生物 数学与系统科 ，生物信息学苏州大学系统生物 等重要学术会ICSB:InternationalConferenceonSystems11th,Edingburgh,UK,October10-15,WCSB:InternationalWorkshoponComputationalSystemsBiology,7th.(Luxembourg,June16-18,2010)ICCSB:InternationalConferenceonComputationalandSystemsBiology,2011(Manila,Philippines,March29-31,2011)主要学术MolecularSystemsPLoSComputationalBioinformatics(SBBMCSystemsBMCJournalofTheoreticalJournalofComputationalinsilicoMolecularBiophysicalIETSystemsNature,Science,Cell,

中文期(Contents&学术组织、会议和(Research(Plan&法和应用》[德]等著 等译，旦大 ，2007KlippE.etc.SystemsBiology:ATextbook,Wiley-VCH,2009.]《系统生物学：哲学基础》[荷]布杰德等编著；等译，科学《系统生物学》，张自立，编著，科学，2009《系统生物学导论：生物回路的设计原理》尤.著，王翼飞等译，化 OtherEnglishAlberghinaL.&WesterhoffH.V.(Eds.)SystemsBiology:Definitionsand(TopicsinCurrentGenetics),Springer-VerlagBerlinHeidelberg,PalssonB.O.SystemsBiology:PropertiesofReconstructedNetworks,CambridgeUniversityPress,2006.KonopkaA.K.SystemsBiology:Principles,Methods,andConcepts,CRCPress,KrieteA.&EilsR.(Eds.)ComputationalSystemsBiology,Elsevier