《科大系统生物学》由会员分享，可在线阅读，更多相关《科大系统生物学（57页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、后基因组时代的系统生物学,吴家睿,中国科学院上海生命科学研究院,现代生命科学,所有生命都来自共同的祖先,C. Darwin,不同的有机体遵循着统一的规律,DNA是实现生命繁衍的基本大分子,繁殖就是将DNA双螺旋传给后代,不同结构的蛋白质负责不同的生命活动,酶,运动蛋白,血红蛋白,不同氨基酸序列的蛋白质具有不同的空间结构,蛋白质是由20种氨基酸连成的生物大分子,蛋白质的形成倚赖DNA上的遗传信息,遗传密码（三个碱基）决定一种氨基酸,基因就是含有遗传密码的一段DNA 序列,起始位置,结束位置,基因,基因1,基因2,蛋白质1,蛋白质2,一个基因决定一种蛋白质,转录： 解读基因的语言,翻译：根据遗传密
2、码决定蛋白质的氨基酸序列,现代生命科学的“中心法则”,现代生物学家眼中的生命还原论观点,个体水平,细胞水平,生命与非生命没有本质上的不同，它们都遵循着统一的物理化学规律。,现代生命科学的特征,简单化,线性化,定性化,实验化,后基因组时代,基因组 (Genome) 载有细胞或生物个体的全套遗传信息的全部遗传物质,原核生物基因组：1.5Mb (1500个基因) 8Mb (7500个基因),古细菌基因组：1.5Mb (1500个基因) 3Mb (2700个基因),真核生物基因组 细胞核基因组：1.3X107kb ( 6千个基因) 3.3X109kb (4万个基因) 线粒体基因组：16 kb (13个
3、基因) 399 kb (34个基因) 叶绿体基因组：120kb (87个基因) 190kb (183个基因),基因组是什么？,人类基因组,23条染色体： 3.3X109 bp,常染色质： 2.9X109 bp 异染色质： 0.4X109 bp,基因数： 2万 2万5千1.5%序列用于编码基因,人类基因组计划,人类基因组计划的意义（1）,催生了组学（-Omics） 基因组学 （Genomics） 功能基因组学 (Functional Genomics) 转录组学（Transcriptomics） 蛋白质组学（Proteomics） 代谢组学（Metabolomics）,人类基因组计划的意义（2）
4、,生物信息学,计算生物学,促进了交叉学科的发展,人类基因组计划的意义（3）,形成了生命科学的“大科学”,人类基因组计划的意义（4）,高通量低成本测序技术：个性化医学的基础,2000年： 1万美金测序费/百万碱基,2010年： 1美金测序费/百万碱基,在近五年内，将实现一个人的全基因组测序费用不超过1000美金；到2020年，测序费用还将大大降低。,个体基因组计划,美国个体基因组计划,Diploid genome sequencing,Personal genome sequencing,英国10K项目是, Wellcome Trust在三年内支持1000万英镑，测定10000个人的基因组序列，
5、旨在找出与肥胖和精神分裂症等疾病相关的罕见基因变异。,英国万人基因组计划（UK10K）,4000名英国人的全基因组序列，其中一半是针对英国的双胞胎来进行的，另一半则是针对父母与子女来开展。6000个人则只是测定其外显子序列。参与外显子测序的人都得有“特别突出的表型”，这样就有利于将某一多基因相互作用疾病定位到特定的基因上。其中，2000人是极度的肥胖；3000人患有神经元发育障碍；另外1000人则患有先天性心脏病等比较稀少的疾病。,肿瘤基因组,Tumour genome,人类蛋白质组,人类蛋白质组计划,The Human Proteome Resource (HPR) program,利用抗体
6、系统地检测人类蛋白质组,Prof. Mathias Uhlen Royal Institute of Technology Sweden,生命进化与转录组,非编码RNA: 复杂性的源泉,后基因组时代,后基因组时代的新科学 系统生物学,酵母的基因功能网络,后基因组时代的生命观：复杂系统,后基因组时代的生命观：复杂系统,细胞信号转导网络,神经网络,后基因组时代的生命观：复杂系统,人类基因组终生在变化,美国约翰霍普金斯大学医学院研究了个体的基因组内的DNA甲基化变化。DNA样本来自冰岛大约600个人，分别于1991年和2002年至2005年间采得。研究人员测量了111个样本中每个样本的DNA甲基化总
7、量，并比较了同一个人的采自2002年至2005年间和1991年的DNA甲基化总量。结果发现，在这大约11年的时间跨度中，大约三分之一个体的甲基化量发生了变化。不过变化的方向并不一致一些人的甲基化总量增加，另一些人的则发生丢失。 JAMA 2009,传统生物科学 （中国传统医学）,经典生物实验科学,系统生物学,系统生物学是认识生命复杂系统的新角度,综合性研究,分析性研究,分析+综合研究,系统生物学是21世纪生命科学革命的代表,科学革命,科学革命,常规科学,常规科学,1950,1990,时间,系统生物学 (Systems Biology),系统生物学是系统性地研究一个生物系统中所有组成成分（基因、
8、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。,系统生物学的基本工作流程,选择可控生物系统,定性和定量的测量,计算和数学建模,Genome,Transcriptome,Proteome,Citric acid cycle,Metabolome,系统生物学的特征：各种生物分子的整合,系统生物学的特征：各种层次的整合,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）,系统生物学的特征：小科学与大科学的整合,系统生物学的特征：实验科学与理论科学的整合,系统生物学,研究复杂生命活动和复杂性疾病的重要工具,系统生物学：任重而道远,经典生命科学 简单化线性化定性化实验化,系统生物学 复杂化网络化定量化理论化,经典生命科学与系统生物学之比较,结束语 走向真正的科学,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,生命科学,生命现象的观测,数学的描述 ？,生物学的描述,课 堂 作 业,请用500到1000字，描述20世纪的分子生物学的特征与21世纪的系统生物学的特征。,
