系統(tǒng)生物學(xué)

前言

　　21世紀(jì)的生物研究正從分子生物學(xué)走向系統(tǒng)生物學(xué)，由精細(xì)的分解研究轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的整體研究。研究者整合各種生物信息的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)模型，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證完善模型，使其能定量和預(yù)測生物系統(tǒng)的表型、功能和行為，這樣一門嶄新的現(xiàn)代生物學(xué)的分支學(xué)科被稱為系統(tǒng)生物學(xué)。系統(tǒng)生物學(xué)在形成過程中引起了數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)及信息和計(jì)算機(jī)科學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域眾多科學(xué)家的廣泛關(guān)注并參與其中，現(xiàn)已成為一門多學(xué)科交叉的新型學(xué)科?！　‘?dāng)前世界各地已紛紛成立了研究系統(tǒng)生物學(xué)的機(jī)構(gòu)。例如，2000年1月美國科學(xué)家Hood率先創(chuàng)建了世界上第一個系統(tǒng)生物學(xué)研究所（Institute for Systems Biology，ISB），隨后日本也建立了研究所。2003年9月哈佛大學(xué)和麻省理工學(xué)院設(shè)立了系統(tǒng)生物學(xué)研究中心，同年12月我國上海交通大學(xué)與中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院合作成立了我國第一個系統(tǒng)生物學(xué)研究機(jī)構(gòu)，隨后中國科學(xué)院生物物理研究所成立了系統(tǒng)生物學(xué)研究中心，清華大學(xué)生物系設(shè)立了生物信息學(xué)與系統(tǒng)生物學(xué)研究所。

內(nèi)容概要

　　概述了系統(tǒng)生物學(xué)的基本概念和基本內(nèi)容，介紹了基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、糖組學(xué)、代謝物組學(xué)、相互作用組學(xué)、表型組學(xué)、數(shù)學(xué)建模與仿真、序列比對與數(shù)據(jù)庫搜索、分子進(jìn)化模型與系統(tǒng)樹的構(gòu)建等。系統(tǒng)生物學(xué)是現(xiàn)代生物學(xué)新興分支學(xué)科之一。它整合了各層面的生物信息數(shù)據(jù)，建立各種數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而定量闡明和預(yù)測生物功能、表型及行為，它已成為當(dāng)今生命科學(xué)的重大前沿領(lǐng)域之一?！　　断到y(tǒng)生物學(xué)》內(nèi)容新穎簡要，適于有生物學(xué)基礎(chǔ)知識的本科生，以及研究生、科研人員學(xué)習(xí)，期望引導(dǎo)他們用新視覺認(rèn)識生命科學(xué)。

書籍目錄

前言第1章　系統(tǒng)生物學(xué)概況1.1　從分子生物學(xué)到系統(tǒng)生物學(xué)1.1.1　分子生物學(xué)的誕生及發(fā)展1.1.2　“基因決定論”和“還原論”的局限性1.1.3　轉(zhuǎn)向整體論新潮流1.1.4　系統(tǒng)生物學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展1.2　系統(tǒng)生物學(xué)的定義和研究內(nèi)容1.2.1　系統(tǒng)生物學(xué)的定義1.2.2　系統(tǒng)生物學(xué)的研究內(nèi)容1.3　系統(tǒng)生物學(xué)的研究1.3.1　系統(tǒng)生物學(xué)的基本工作流程1.3.2　系統(tǒng)生物學(xué)的研究方法1.4　系統(tǒng)生物學(xué)的應(yīng)用前景主要參考文獻(xiàn)第2章　基因組學(xué)2.1　基因組學(xué)的提出及其任務(wù)2.2　人類基因組計(jì)劃2.2.1　人類基因組計(jì)劃的研究目標(biāo)及技術(shù)路線2.2.2　人類基因組計(jì)劃的作圖2.2.3　人類基因組計(jì)劃的測序2.2.4　人類基因組計(jì)劃的信息處理2.2.5　人類基因組研究計(jì)劃進(jìn)展2.3　基因組學(xué)及其分支學(xué)科2.3.1　功能基因組學(xué)2.3.2　比較基因組學(xué)2.3.3　藥物基因組學(xué)主要參考文獻(xiàn)第3章　轉(zhuǎn)錄組學(xué)3.1　轉(zhuǎn)錄組及轉(zhuǎn)錄組學(xué)3.1.1　轉(zhuǎn)錄組及轉(zhuǎn)錄組學(xué)的定義3.1.2　轉(zhuǎn)錄組學(xué)的研究內(nèi)容3.2　轉(zhuǎn)錄組學(xué)的研究方法3.2.1　高通量mRNA表達(dá)分析技術(shù)3.2.2　基因表達(dá)系列分析技術(shù)3.2.3　轉(zhuǎn)錄物編目的研究方法3.2.4　繪制動態(tài)轉(zhuǎn)錄物圖的研究方法3.2.5　轉(zhuǎn)錄物調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)3.3　對轉(zhuǎn)錄物研究的新突破3.3.1　轉(zhuǎn)錄物的多樣性3.3.2　非編碼RNA的類型和功能主要參考文獻(xiàn)第4章　蛋白質(zhì)組學(xué)4.1　蛋白質(zhì)組學(xué)的產(chǎn)生4.2　蛋白質(zhì)組及蛋白質(zhì)組學(xué)的概念4.3　雙向凝膠電泳4.3.1　雙向凝膠電泳(2-DE)原理4.3.2　圖像分析與數(shù)據(jù)庫構(gòu)建4.4　生物質(zhì)譜技術(shù)4.4.1　種類及其原理4.4.2　肽質(zhì)量指紋譜鑒定技術(shù)(PMF)4.4.3　肽序列標(biāo)簽串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)(PST)4.4.4　翻譯后修飾蛋白質(zhì)的鑒定4.5　蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)庫4.6　蛋白質(zhì)芯片技術(shù)4.6.1　蛋白質(zhì)芯片的制備4.6.2　靶蛋白與捕捉分子結(jié)合情況檢測4.7　分析蛋白質(zhì)一蛋白質(zhì)相互作用的酵母雙雜交系統(tǒng)4.7.1　酵母雙雜交系統(tǒng)的基本原理4.7.2　酵母雙雜交系統(tǒng)的改進(jìn)4.8　蛋白質(zhì)組研究進(jìn)展4.8.1　病毒蛋白質(zhì)組研究4.8.2　細(xì)菌蛋白質(zhì)組研究4.8.3　釀酒酵母蛋白質(zhì)組研究4.8.4　多細(xì)胞生物蛋白質(zhì)組研究主要參考文獻(xiàn)第5章　糖組學(xué)5.1　糖組與糖組學(xué)的研究內(nèi)容5.2　糖組學(xué)在生命科學(xué)中的意義5.2.1　蛋白質(zhì)組學(xué)必須面對糖蛋白5.2.2　糖蛋白的定義5.2.3　聚糖和糖蛋白的生物學(xué)作用5.3　糖組學(xué)的研究方法5.3.1　對2-DE分離糖蛋白結(jié)合質(zhì)譜技術(shù)的改進(jìn)5.3.2　聚糖分子的微陣列技術(shù)5.3.3　用敲除基因及轉(zhuǎn)基因技術(shù)研究聚糖分子引起的表型變化5.4　糖組學(xué)的國際合作和數(shù)據(jù)庫主要參考文獻(xiàn)第6章　代謝物組學(xué)6.1　代謝物組學(xué)的定義和研究任務(wù)6.1.1　代謝物組學(xué)的定義6.1.2　代謝物組學(xué)的研究任務(wù)6.2　研究代謝物組學(xué)的意義6.2.1　代謝物組學(xué)是基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)的補(bǔ)足6.2.2　代謝物組學(xué)在醫(yī)藥界的應(yīng)用6.3　代謝物組學(xué)的研究方法6.3.1　代謝物組的研究技術(shù)及其原理6.3.2　用于代謝物組研究技術(shù)的比較6.3.3　代謝物組分析的技術(shù)路線6.4　代謝網(wǎng)絡(luò)的研究6.4.1　代謝網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特征6.4.2　用“整合”與“干擾”研究代謝網(wǎng)絡(luò)主要參考文獻(xiàn)第7章　相互作用組學(xué)7.1　相互作用組學(xué)的研究方法7.1.1　大規(guī)模蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用研究技術(shù)7.1.2　大規(guī)模遺傳學(xué)相互作用研究技術(shù)7.2　蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)7.2.1　丙型肝炎病毒(HCV)的蛋白質(zhì)相互作用7.2.2　病原菌幽門螺桿菌的蛋白質(zhì)相互作用7.2.3　酵母的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)7.2.4　果蠅的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)7.2.5　線蟲的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)7.2.6　人類的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)主要參考文獻(xiàn)第8章　表型組學(xué)8.1　什么是表型組學(xué)8.1.1　基因型與環(huán)境的相關(guān)及互作8.1.2　表型和表型組學(xué)8.2　從基因組到表型組系統(tǒng)研究的方法8.2.1　從大腸桿菌和酵母代謝缺失菌株預(yù)測生長表型8.2.2　建立一種人類表型組——基因組的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系8.2.3　微陣列技術(shù)在人類表型組、基因組和環(huán)境組系統(tǒng)研究中的應(yīng)用8.3　從基因組到表型組研究有關(guān)的數(shù)據(jù)庫主要參考文獻(xiàn)第9章　數(shù)學(xué)建模和仿真的基礎(chǔ)知識9.1　系統(tǒng)模型9.1.1　什么是系統(tǒng)9.1.2　什么是模型9.1.3　生物系統(tǒng)中生化反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)描述9.1.4　生物系統(tǒng)中的質(zhì)量作用動力學(xué)模型9.1.5　生物系統(tǒng)中有關(guān)細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的建模9.2　系統(tǒng)仿真9.2.1　什么是系統(tǒng)仿真9.2.2　系統(tǒng)仿真軟件和相關(guān)數(shù)據(jù)庫9.2.3　系統(tǒng)生物學(xué)采用仿真技術(shù)的實(shí)用成果9.3　實(shí)例：微生物細(xì)胞的建模與仿真9.3.1　微生物數(shù)學(xué)模型的種類9.3.2　微生物細(xì)胞的建模9.3.3　用于微生物細(xì)胞模型的仿真平臺主要參考文獻(xiàn)第10章　序列比對和數(shù)據(jù)庫搜索10.1　數(shù)據(jù)庫中序列表示的格式10.1.1　FASTA(或Pearson)格式舉例10.1.2　GenBank flatfile格式舉例10.2　序列比對10.3　網(wǎng)絡(luò)比對10.3.1　成對網(wǎng)絡(luò)比對研究10.3.2　網(wǎng)絡(luò)對位排列的算法10.4　數(shù)據(jù)庫中序列相似性檢索10.4.1　FASTA程序10.4.2　BLAST程序10.5　用隱馬爾可夫模型預(yù)測新基因10.5.1　隱馬爾可夫模型10.5.2　用隱馬爾可夫模型預(yù)測新基因的舉例10.6　用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)10.6.1　簡單神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型10.6.2　多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型主要參考文獻(xiàn)第11章　分子進(jìn)化模型與系統(tǒng)樹的構(gòu)建11.1　蛋白質(zhì)編碼序列進(jìn)化11.1.1　血紅蛋白α鏈的進(jìn)化距離和氨基酸替代率的估計(jì)”11.1.2　氨基酸的替代矩陣11.2　DNA序列的進(jìn)化11.2.1　核苷酸替代數(shù)的估計(jì)11.2.2　Kimura模型11.3　系統(tǒng)樹的構(gòu)建11.3.1　距離法11.3.2　最大簡約法11.3.3　最大似然法11.3.4　分子系統(tǒng)樹的檢驗(yàn)11.3.5　對分子系統(tǒng)樹的爭議11.4　分子系統(tǒng)發(fā)育軟件主要參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　前言　　第1章　系統(tǒng)生物學(xué)概況　　1.2　系統(tǒng)生物學(xué)的定義和研究內(nèi)容　　1.2.1　系統(tǒng)生物學(xué)的定義　　Hood（2004）在談?wù)撓到y(tǒng)生物學(xué)的概念時(shí)指出：系統(tǒng)生物學(xué)是研究一個生物系統(tǒng)中所有組成成分（基因、mRNA、蛋白質(zhì)等）的構(gòu)成，以及在特定條件下這些組分間的相互關(guān)系，并通過計(jì)算生物學(xué)建立一個數(shù)學(xué)模型來定量描述和預(yù)測生物功能、表型和行為的學(xué)科?！　∪毡鞠到y(tǒng)生物學(xué)研究給系統(tǒng)生物學(xué)下的定義為：系統(tǒng)生物學(xué)是生物學(xué)的一個新領(lǐng)域，其目的在于在系統(tǒng)層次上理解生物系統(tǒng)，力求闡述作為一個系統(tǒng)的生物系統(tǒng)，并重點(diǎn)著眼于以下4個問題：①系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的闡述；②系統(tǒng)行為的分析；③控制系統(tǒng)的方法；④如何設(shè)計(jì)系統(tǒng)。　　我國楊勝利院士（2004）在中國科學(xué)院院刊上發(fā)表的有關(guān)文章中對系統(tǒng)生物學(xué)概念有如下表述：“系統(tǒng)生物學(xué)是在細(xì)胞、組織、器官和生物體水平上研究結(jié)構(gòu)和功能各異的生物分子及其相互作用，并通過計(jì)算生物學(xué)定量闡明和預(yù)測生物功能、表型和行為。系統(tǒng)生物學(xué)將在基因組測序基礎(chǔ)上完成DNA序列到生命的過程，這是逐步整合、優(yōu)化的過程，系統(tǒng)生物學(xué)的發(fā)展預(yù)計(jì)需要一個世紀(jì)或更長的時(shí)期，因此常把系統(tǒng)生物學(xué)稱為21世紀(jì)的生物學(xué)”。

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