《系统生物学方法》PPT课件

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1、系统生物学方法孟大志北京工业大学dzhmeng07@yahoo.com.cnTel:(010)697555961370137710811）这是一门为理、工、生、农、医类大学生、研究生和青年教师讲授的系统介绍系统生物学方法的课程。目标是对有兴趣投入研究的听众，能够在本课程后，迅速进入前沿课题。因此，课程内容穿插了一些最新的研究成果。2）由于是方法，自然不是系统生物学的全面介绍，既然是方法，当然又离不开应用的研究对象：生物系统。因此本课程不能系统地研究生物系统，又必须要点地介绍其中的内容，以便表现特定方法的作用和方法系统的意义。这里特称词汇“方法系统

2、”，其目的在于说明系统生物学方法不是各种实验、数学和计算机方法的简单汇总，而是正在形成独特的方法体系，这正是本课程的意义。23）一个难点在于授课对象的专业既有理工科又有生物医学类，如何让听众在同一门课程中都能理解方法以及获得需要的知识？为此，课程内容的自足、完备性是必须的，也是困难的。解决的方法是假设听众具有普通大学微积分和高等代数的基础，甚至医学院校的数学基础也基本够用。此外，必须的数学与计算机的知识将在本课程中介绍。4）同样的理由，数学建模与数据分析的专门知识将在本课程中讲授，并重点讲授生物模型；5）16次课不间断，期间王淑栋老师代课1、2次

3、，1月16日结束。3第一篇引言第1章什么是系统生物学第2章系统生物学方法第二篇生物学与数学的基础第3章分子细胞生物学基础第4章分子生物学基础第5章实验技术概论第6章重要数学基础概述第三篇生物系统模型与方法第7章数据整合方法与表示第8章生物系统与生物过程第9章代谢系统第10章信号传导系统第11章正向基因网络建模第12章逆向基因网络建模第13章蛋白质组建模第14章发育与进化模型第15章细胞生物学仿真第四篇数据库与工具软件第16章数据库与数据整合第17章网络与常用软件4主要参考书：系统生物学基础，北野宏明编，化学工业出版社2007年；原著2001年，是

4、世界上第一本系统生物学教材；系统生物学的理论、方法和应用，E.Klipp等，复旦大学出版社，2007年，原著2005年。北野作序。5第一章什么是系统生物学作为人类基因组计划的发起人之一，美国科学家莱诺伊·胡德（LeroyHood）也是系统生物学的组学（omics）生物技术开创者之一。依据Hood的定义:系统生物学是研究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。6

5、正是在基因组学、蛋白质组学等新型大科学发展的基础上，孕育了系统生物学。反之，系统生物学的诞生进一步提升了后基因组时代的生命科学研究能力。正如胡德所说：“系统生物学将是21世纪医学和生物学的核心驱动力”。胡德在1999年年底辞去了美国西雅图市华盛顿大学的教职，与另外两名志同道合的科学家一起创立了世界上第一个系统生物学研究所（InstituteforSystemsBiology）。7美国《科学》周刊登载了系统生物学专集。该专集导论中的第一句话这样写道：“如果对当前流行的、时髦的关键词进行一番分析，那么人们会发现，‘系统’高居在排行榜上。”系统生物学的

6、核心概念是系统正是要研究系统，所以必须使用整合的方法。89第一节、系统生物学是生物学理论体系生命科学是人类最早研究的学科，从农业到医学。但是早期是归纳为主的方法，研究农业技术提高产量，医学归纳出生病与诊断、治疗的规律性的方法，等等。直到十六世纪末，显微镜的发现了使人们逐渐意识到不同的生物都是由形形色色的细胞构成的，生物是层次构成的。开始了分析（特别对层次）的科学发展，直到二十世纪中叶的分子生物学，人类不仅积累了丰富的归纳的生物事实，而且开始对积累的海量数据的分析。1.归纳与分析10细胞水平：分子水平：DNA蛋白质生物系统分层结构个体水平：群体水平

7、（种群与生态）11生物学形成了今天理解的层次：为什么说生物没有理论？真正的理论生物学是什么？但是生物学的理论框架是什么？种群（生态学）组织、器官与个体（农林医）细胞（细胞生物学）生物分子（分子生物学）2.生物的层级结构123.系统生物学的基本工作流程：1）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，包括基因相互作用网络和代谢途径，以及细胞内和细胞间的作用机理等，以此构造出一个初步的系统模型。特别包含了层级之间的关联结构模型。2）系统地改变被研究对象的内部组成成分（如基因突变）或外部生长条件，然后观测在这些情况下系统组分或结构

8、所发生的相应变化，包括基因表达、蛋白质表达和相互作用、代谢途径等的变化，并把得到的有关信息进行整合（系统与层级）。133）模型现象求解、