课从基因组学到系统生物学

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1、从基因组学到系统生物学看生命科学发展生物工程研究所合成生物学与微生物基因组学研究室梁龙人类基因组学历经5年的辩论后，美国国会正式批准美国的“人类基因组计划”于1990年10月1日正式启动。总体计划是在15年内投入至少30亿美元进行人类基因组的分析。这一计划的意义，可以与征服宇宙的计划媲美。我们也应该以征服宇宙的气魄来开展这一计划。最终目标是测定总长度由30亿个核苷酸组成的人类基因组的序列图。确定人类大约30,000个基因为什么要开展人类基因组学《癌症研究的转折点—人类基因组的全序列分析》DulbeccoR,Science1986.回顾了70年代以来癌症研究的进展，使

2、人们认识到包括癌症在内的人类疾病的发生，都与基因直接、间接有关。指出要么仍处在用“零打碎敲”的方法（piecemealapproach)开展研究，要么从整体上研究和分析整个人类基因组及其序列。EMBL核酸数据库的增长生物信息学的兴起（基因组信息学）是一个学科领域，包含着基因组信息的获取、处理、储存、分配、分析和解释的所有方面。发展信息分析工具，包括各种新算法和新软件，构建合适的数据库，用于收集、管理和使用。配合实验研究，“读懂”基因组。确定全部约2-4万个人类基因在染色体上的位置以及包括基因在内的各种DNA片断的功能及其表达调控。将数据变成信息，将信息变成知识人类基

3、因组学的成果（2003.4.14）人类基因组全序列的完成仅仅是遗传学革命的开始我们依然不能确定人类到底有多少个基因，通常认为大约30,000个左右。经过亿万年的进化，人类终于来到了控制我们从一个单细胞经过成人期，最后走向坟墓的“指令集”面前。这套“指令集”是用奇怪语言所写的一部“天书”，到目前我们刚刚开始理解。有利于确定导致癌症、糖尿病、心血管疾病等其他疾病的基因，并开发相应的药物和基因治疗手段有利于个性化医疗的开展。下一步怎么办？在基因组学开展的时候所提出的美好前景依然没有实现！后基因组时代基因组信息可以广泛获得，包括人、鼠、模式生物、微生物、病毒等。这些数据可以

4、被广泛应用与基因在不同状态下的表达特征研究-基因功能研究由于在后基因组时代主要注重与基因的功能研究，因而相关研究又被称为“功能基因组学”功能基因组学的定义利用基因组学列信息，应用高通量实验技术，定量的确定特定RNA分子、蛋白分子和重要的代谢产物在时间和空间上的聚集模式中心法则功能基因组学的内容转录组学从RNA水平来研究基因的表达蛋白质组学从蛋白质水平研究基因表达代谢组学确定重要的代谢产物的含量网络与通路蛋白相互作用网络、调控网络、信号传导通路等。转录组学基因芯片基因芯片点样仪Yellow:equallyexpressedRed:moreexpressedintumo

5、rtissue(“overexpressed”)Green:moreexpressioninnormaltissue(“underexpressed”)基因芯片与基因表达Red:higherinCy5Green:higherinCy3Yellow:equalinbothchannelsBrightnessreflectsintensityofsignal蛋白质组学研究蛋白质组学研究比较蛋白质组学研究Sample2DgelsandimagingCurationandinterrogationDifferentialanalysisMassspectrometry

6、coupledtoadvanceddatabasestoanonotateNomalDiseaseIdentifydiseasespecificproteinsDrugtargets代谢组学研究网络与通路后基因组时代的生物信息学高通量技术从RNA水平、蛋白水平、代谢产物水平产生了大量的数据所面临的挑战：从海量数据中提取有用的信息整合相应的网络与调控信息了解代谢网络是如何调控与运作的生命的运作过程后基因组时代生物信息学的任务整合RNA水平、蛋白水平、代谢产物水平的数据信息目前文献信息的挖掘与整合数据—>信息—>知识（分析）建立代谢与调控反应模型（网络）数据与信息的

7、组织（数据库）与可视化研究（代谢与调控地图，网络地图）后基因时代的研究特点研究模式的改变：由分析式思维向系统思维的转变；由假说导向向数据导向研究转变。信息化。通过结构基因组学的研究，以获得大量的核酸、蛋白、结构等方面的信息，为功能研究提供基础，datamanagement,datamining。在技术上大量采用高通量筛选技术，如基因表达谱、蛋白质组学研究、核算及蛋白微阵列技术、基因芯片等。多基因整体研究策略，不同于过去一次只研究一个基因或蛋白，注重分子间的相互作用及调控网络。用功能基因组学到系统生物学功能基因组学的网络是一个静态的网络系统生物学就是要把一个静态的