Cell头条:牛人热议系统生物学

【字体: 时间:2011年03月22日 来源:生物通

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  在本期的Cell杂志(3月18日)上,来自美国斯坦福大学,洛克菲勒大学,加州大学伯克利分校等处的几位著名科学家发表了多篇有关系统生物学(Systems biology)的文章,探讨这一领域未来的发展。

  

生物通报道:在本期的Cell杂志(3月18日)上,来自美国斯坦福大学,洛克菲勒大学,加州大学伯克利分校等处的几位著名科学家发表了多篇有关系统生物学(Systems biology)的文章,探讨这一领域未来的发展。

系统生物学是研究一个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。

所以说,系统生物学不是蛋白质组学、基因组学、转录本组学或代谢组学,但是现阶段流行的这些生命科学领域都与系统生物学密切相关。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。

那么这一研究领域未来的挑战是什么?其中的主流研究是什么?21世纪会出现哪些引人注目的系统生物学成果呢?

来自洛克菲勒大学的Paul Nurse与Jacqueline Hayles以“The Cell in an Era of Systems Biology”为题,探讨了系统生物学发展,他们认为目前高通量技术,以及计算生物学模式的发展,在新的水平上揭示了生物学功能和组织的奥秘,通过分析系统生物学,我们对于细胞的认识就会焕然一新。

细胞生物学家Paul Nurse教授在2001年因其在细胞循环方面的研究获得了诺贝尔生理学/医学奖,是英国最大的癌症慈善研究组织——帝国研究基金会的主席。Nurse教授任职包括美国洛克菲勒大学校长,英国皇家学会会长、英国医学研究和创新中心首任主任和首席执行官等。

来自加州大学伯克利分析的Adam P. Arkin和David V. Schaffer则探讨了系统生物学在21世纪的发展,这篇题为“Network News: Innovations in 21st Century Systems Biology”文章提到了目前这一领域的一些关键技术和观点。

他们认为,在10年前,有关系统生物学的一些开创性观点和论文带来可这一领域的蓬勃发展,现在系统生物学的一些关键技术和观点将会重塑细胞网络的进化,框架,以及功能,最终将获得第一个预测性的全基因组调控代谢生物模式。

通讯作者Adam P. Arkin教授是加州大学伯克利分校的合成生物学家,劳伦斯伯克莱国家实验室资深研究人员。

哈佛大学系统生物学系主任Pamela A. Silver教授,与斯坦福大学的Christina D. Smolke教授以“Informing Biological Design by Integration of Systems and Synthetic Biology”为题报道了合成生物学的相关内容。Smolke教授曾通过修改细胞的调控途径来改变细胞的行为,在某些情况下,他们加入特别设计的RNA分子,这种分子可以在与癌症或发炎有关的细胞里感知到分子。一旦出现这种情况,它们会导致细胞产生一种蛋白质,这种蛋白质可能让细胞对药物敏感或使其发生编程性细胞死亡。这些相关的成果入选的2010Science十大科学发展。

(生物通:万纹)

系统生物学的基本工作流程有这样四个阶段。首先是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,以此构造出一个初步的系统模型。第二步是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。第三步是把通过实验得到的数据与根据模型预测的情况进行比较,并对初始模型进行修订。第四阶段是根据修正后的模型的预测或假设,设定和实施新的改变系统状态的实验,重复第二步和第三步,不断地通过实验数据对模型进行修订和精练。系统生物学的目标就是要得到一个理想的模型,使其理论预测能够反映出生物系统的真实性。

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