21世纪的生命科学——系统生物学

21世纪的生命科学 ——系统生物学 吴家睿 中科院上海生命科学研究院 DNA 个体水平： 细胞水平： 分子水平： 蛋白质 现代生物学家眼中的生命 生物秀-专心做生物 www.bbioo.com 生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区 bbs.bbioo.com 生 物 秀 -专 心 做 生 物 ww w. bb ioo .co m 还原论——20世纪生命科学的主流 基因 蛋白质 功能 真实世界的生命 (1) 人类基因组 > 300 000 人类蛋白质 Millions 生物秀-专心做生物 www.bbioo.com 生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区 bbs.bbioo.com 生 物 秀 -专 心 做 生 物 ww w. bb ioo .co m 蛋白质复合物 信号转导网络 真实世界的生命 (2) 生物秀-专心做生物 www.bbioo.com 生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区 bbs.bbioo.com 生 物 秀 -专 心 做 生 物 ww w. bb ioo .co m 从人类基因组计划到后基因组时代 生物秀-专心做生物 www.bbioo.com 生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区 bbs.bbioo.com 生 物 秀 -专 心 做 生 物 ww w. bb ioo .co m 线性思维 复杂性思维 后基因组时代的生物学认识论（1） 生物秀-专心做生物 www.bbioo.com 生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区 bbs.bbioo.com 生 物 秀 -专 心 做 生 物 ww w. bb ioo .co m 整体观 局部观 后基因组时代的生物学认识论（2） 生物秀-专心做生物 www.bbioo.com 生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区 bbs.bbioo.com 生 物 秀 -专 心 做 生 物 ww w. bb ioo .co m 后基因组时代的生物学方法论 — 大规模平行分析 — 分析与综合相结合 生物秀-专心做生物 www.bbioo.com 生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区 bbs.bbioo.com 生 物 秀 -专 心 做 生 物 ww w. bb ioo .co m 生命是什 么？ 还原论： 生命遵循基本的物理和化学规律 分子生物学 生物秀-专心做生物 www.bbioo.com 生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区 bbs.bbioo.com 生 物 秀 -专 心 做 生 物 ww w. bb ioo .co m 复杂性科学： 生命涉及网络、层次、非线性 系统生物学 生命是什 么？ 生物秀-专心做生物 www.bbioo.com 生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区 bbs.bbioo.com 生 物 秀 -专 心 做 生 物 ww w. bb ioo .co m 系统生物学 ——系统生物学(Systems Biology)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，并分析生物系统在一定时间内 的动力学过程。 生物秀-专心做生物 www.bbioo.com 生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区 bbs.bbioo.com 生 物 秀 -专 心 做 生 物 ww w. bb ioo .co m 系统生物学的基本 工作流程 财务工作流程表财务工作流程怎么写财务工作流程图财务工作流程及制度公司财务工作流程 选择可控生物系统 定性和定量的测量 计算和数学建模 生物秀-专心做生物 www.bbioo.com 生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区 bbs.bbioo.com 生 物 秀 -专 心 做 生 物 ww w. bb ioo .co m 系统生物学的特点：（1）整合 1，系统内不同性质的构成要素（基因、mRNA、蛋白 质、生物小分子等等）的整合 2，从基因到细胞、到组织、到个体的各个层次的整合 3，研究思路和方法的整合 4，学科的整合（“干”-“湿”整合） 生物秀-专心做生物 www.bbioo.com 生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区 bbs.bbioo.com 生 物 秀 -专 心 做 生 物 ww w. bb ioo .co m 系统生物学 1， 2， 3， n 组学 （发现的科学） 基因 （蛋白质） 基因克隆 基因表达 基因突变 蛋白质结构 蛋白质相互作用 酶活力 实验生物科学 （假设驱动的科学） 生物秀-专心做生物 www.bbioo.com 生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区 bbs.bbioo.com 生 物 秀 -专 心 做 生 物 ww w. bb ioo .co m 生物秀-专心做生物 www.bbioo.com 生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区 bbs.bbioo.com 生 物 秀 -专 心 做 生 物 ww w. bb ioo .co m 系统生物学的特点：（2）信息 前分子生物学时代 生命是活力 分子生物学时代 生命是机器 后基因组时代 生命是信息 生物秀-专心做生物 www.bbioo.com 生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区 bbs.bbioo.com 生 物 秀 -专 心 做 生 物 ww w. bb ioo .co m 基因组：Digital 生物秀-专心做生物 www.bbioo.com 生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区 bbs.bbioo.com 生 物 秀 -专 心 做 生 物 ww w. bb ioo .co m DNA mRNA 蛋白质 蛋白质相互作用网络 细胞 组织/器官 个体 生 命 系 统 的 信 息 流 向 生物秀-专心做生物 www.bbioo.com 生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区 bbs.bbioo.com 生 物 秀 -专 心 做 生 物 ww w. bb ioo .co m 系统生物学的特点：（3）干涉 —系统生物学是一门实验科学：干涉（Perturbation) —系统地、定向地、高通量的进行干涉 生物秀-专心做生物 www.bbioo.com 生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区 bbs.bbioo.com 生 物 秀 -专 心 做 生 物 ww w. bb ioo .co m （141TF) 生物秀-专心做生物 www.bbioo.com 生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区 bbs.bbioo.com 生 物 秀 -专 心 做 生 物 ww w. bb ioo .co m 系统生物学的国际动态 生物秀-专心做生物 www.bbioo.com 生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区 bbs.bbioo.com 生 物 秀 -专 心 做 生 物 ww w. bb ioo .co m Institute for Systems Biology（1999） 生物秀-专心做生物 www.bbioo.com 生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区 bbs.bbioo.com 生 物 秀 -专 心 做 生 物 ww w. bb ioo .co m 生物秀-专心做生物 www.bbioo.com 生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区 bbs.bbioo.com 生 物 秀 -专 心 做 生 物 ww w. bb ioo .co m “ Genomes-to-Life”的研究任务 Facility I Production and Characterization of Proteins Facility II Whole Proteome Analysis Facility III Characterization and Imaging of Molecular Machines Facility IV Analysis and Modeling of Cellular Systems 生物秀-专心做生物 www.bbioo.com 生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区 bbs.bbioo.com 生 物 秀 -专 心 做 生 物 ww w. bb ioo .co m Alliance for Cellular Signaling (AfCS) AfCS: 50 scientists in 20 institutions 10 million US$/Y for 10 Years (Glue Grant of NIGMS) 生物秀-专心做生物 www.bbioo.com 生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区 bbs.bbioo.com 生 物 秀 -专 心 做 生 物 ww w. bb ioo .co m Targets of AfCS 研究 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 : G蛋白介导的和与其相关的细胞信号转导系统 研究材料: —心肌细胞 — B淋巴细胞 生物秀-专心做生物 www.bbioo.com 生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区 bbs.bbioo.com 生 物 秀 -专 心 做 生 物 ww w. bb ioo .co m Goal of AfCS 1）尽可能完整地揭示信号在时空变化中的的输入和输 出之关系 2）认识细胞是如何在不同的状态(Context)下响应信号 从回答问题到解决问题 生物秀-专心做生物 www.bbioo.com 生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区 bbs.bbioo.com 生 物 秀 -专 心 做 生 物 ww w. bb ioo .co m 系统生物学面临的挑战 生物秀-专心做生物 www.bbioo.com 生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区 bbs.bbioo.com 生 物 秀 -专 心 做 生 物 ww w. bb ioo .co m Computing Biological Complexity 生物秀-专心做生物 www.bbioo.com 生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区 bbs.bbioo.com 生 物 秀 -专 心 做 生 物 ww w. bb ioo .co m Quantitative Analysis of Biological Dynamics 生物秀-专心做生物 www.bbioo.com 生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区 bbs.bbioo.com 生 物 秀 -专 心 做 生 物 ww w. bb ioo .co m 物理学 物理现象的观测 数学的描述 F=ma E=MC2 物理学的描述 经 验 阶 段 理 性 阶 段 生命科学 生命现象的观测 数学的描述 ？ 生物学的描述 经 验 阶 段 理 性 阶 段 走向真正的科学 生物秀-专心做生物 www.bbioo.com 生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区 bbs.bbioo.com 生 物 秀 -专 心 做 生 物 ww w. bb ioo .co m Thank You! 生物秀-专心做生物 www.bbioo.com 生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区 bbs.bbioo.com 生 物 秀 -专 心 做 生 物 ww w. bb ioo .co m