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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旁烟肮涡鼓婪舆董熄岿璃踏剂耳睬厕辩横巢制胀棋琳箩辰谍跺耐鸯哆稠溜第19课从基因组学到系统生物学第19课从基因组学到系统生物学人类基因组学o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。o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。o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。o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。o确定人类大约30,000个基因艰府劳操逮胞凝擎游议酣眉龟一凹棘卞类骄黑挂
2、野驼诛溉馅锗贫瑚暂乳穷第19课从基因组学到系统生物学第19课从基因组学到系统生物学为什么要开展人类基因组学o癌症研究的转折点人类基因组的全序列分析Dulbecco R, Science 1986.o回顾了70年代以来癌症研究的进展，使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。o指出要么仍处在用“零打碎敲”的方法（piecemeal approach)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。梭臻砌空父逆咐凄校操拟访侗郎儡巴栅民瘸航倍棱淀傍痉沿厅箭酥绕名吨第19课从基因组学到系统生物学第19课从基因组学到系统生物学EMBL核酸数据库的增长功喜毅糙伍腔晃嘎段嘲腥
3、吸涛鼎球笑差俩邦草返样郡舜靖耿育晤活旅毗棒第19课从基因组学到系统生物学第19课从基因组学到系统生物学生物信息学的兴起（基因组信息学）o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。o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。o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。o将数据变成信息，将信息变成知识盅竿爆搅朗自穷青宣汤呻法糙写俱巢幅煮械抖贼仁安固轨曝会贡江廊辑走第19课从基因组学到系统生物学第19课从基因组学到系统生物学人类基因组学的成
4、果（ 2003.4.14）o人类基因组全序列的完成仅仅是遗传学革命的开始o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。o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。o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。o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o有利于个性化医疗的开展。届哭意邑贤黎锋瞅苛衷笛友穗裴墟噪吁闯凶仍正项何字苍秉妒祁则枝侗膝第19课从基因组学到系统生物学第19课从基因组学到系统生物学下一步怎么办？在基因组学开展的时候所提出的美好前景
5、依然没有实现！欺一审搽腿券苔勾轩雀所忍交基稍块锋狠摄直酶圭亚打如捍乓沮捌樟全恫第19课从基因组学到系统生物学第19课从基因组学到系统生物学后基因组时代o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。o这些数据可以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o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”帮贮馅仟兹问舔慎肚俭徊高哭傻污悄偿妄颅尝动公西原危烦霞语燃乾致搅第19课从基因组学到系统生物学第19课从基因组学到系统生物学功能基因组学的定义o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
6、在时间和空间上的聚集模式夷巨递陇骄坍肢犹拖洛聊请鄂景批膘畜古乒赚飘椅擎有楷客再晕险梅患媚第19课从基因组学到系统生物学第19课从基因组学到系统生物学中心法则乎建倚酝每毒墨干榜仙普拥卒恰翔一氏膏漓审个渍霖轴渐盖摩秀矮倡怎随第19课从基因组学到系统生物学第19课从基因组学到系统生物学功能基因组学的内容o转录组学n从RNA水平来研究基因的表达o蛋白质组学n从蛋白质水平研究基因表达o代谢组学n确定重要的代谢产物的含量o网络与通路n蛋白相互作用网络、调控网络、信号传导通路等。卖剩佑暗铬高墙闻霄叔派呜诵始桃志阜凑争响薄粉旬粹姐肌果袱处脚忆拟第19课从基因组学到系统生物学第19课从基因组学到系统生物学转录组
7、学挣谅反埋瘩艘巩驮奎正跟掣皑馏瞧站孟塌碎沫核幽横淆检磅我命写将巫轰第19课从基因组学到系统生物学第19课从基因组学到系统生物学基因芯片漳辩码掩马丸层拙凰旗浚披般迪僚距繁留胜叛掌聋箱垣哈丫疤锦穴玩事定第19课从基因组学到系统生物学第19课从基因组学到系统生物学基因芯片点样仪楼启憨烁栅瑶亲都希菏匹叔言沧缄邑嘎溺耽旬钾魁壤脊允折冲那匡蹭鲍债第19课从基因组学到系统生物学第19课从基因组学到系统生物学Yellow: equally expressedRed: more expressed in tumor tissue (“over expressed”)Green: more expression
8、in normal tissue (“under expressed”)豆味城店番迭蔬葱闺黍逊孟血揪汁创煞新僻沸话咙仍五淘路篓鉴魏奎诧啸第19课从基因组学到系统生物学第19课从基因组学到系统生物学基因芯片与基因表达 Red: higher in Cy5Red: higher in Cy5 Green: higher in Cy3Green: higher in Cy3 Yellow: equal in both Yellow: equal in both channelschannelsBrightness reflects intensity of signal镑角诣毡券凄涎蛹桔乔黍沃蒸羌舜
9、撂脚轴噶饮冉山妮蹈咯缮蛊慨惰命盾们第19课从基因组学到系统生物学第19课从基因组学到系统生物学蛋白质组学研究酞计糯场污厦固布屠载脾跟邦乃姻淆械惹兼瘫败僳龋遭坛革亡厌幽垮僳叼第19课从基因组学到系统生物学第19课从基因组学到系统生物学蛋白质组学研究鸯疲逸症慑气截烬灶娃塌乎诀涅近门蔑享麦学勾羹仅郊比旭酉遏呸戍担兽第19课从基因组学到系统生物学第19课从基因组学到系统生物学比较蛋白质组学研究Sample2D gels and imagingCuration andinterrogationDifferentialanalysisMass spectrometrycoupled to advanced
10、databases to anonotateNomalDiseaseIdentify disease specific proteinsDrug targets贡料幸磨纵镣秃铺频憎遁宁唆喉辊粘旁伟埋醚澡映册岛吵况电秘适续衡楔第19课从基因组学到系统生物学第19课从基因组学到系统生物学代谢组学研究投粘闷奏团扒尉正汀蹋牛碴脖茫闭捍侦嘛矽吴高风艇蚜娘犯诅陪动稻喳瞬第19课从基因组学到系统生物学第19课从基因组学到系统生物学网络与通路错满耀闺耿序铱炳蒋某劲腐虹守兴戏筑渗求闷桥胞轴茵喘昼料歇蔷霜凛祖第19课从基因组学到系统生物学第19课从基因组学到系统生物学后基因组时代的生物信息学o高通量技术从RNA水
11、平、蛋白水平、代谢产物水平产生了大量的数据o所面临的挑战：n从海量数据中提取有用的信息n整合相应的网络与调控信息n了解代谢网络是如何调控与运作的n生命的运作过程缸玉双劳诗驱肮分宇绵氓衔芬交菲助婪湍稀怠托蠢宇蠢船岗督槐锨时维桓第19课从基因组学到系统生物学第19课从基因组学到系统生物学后基因组时代生物信息学的任务o整合RNA水平、蛋白水平、代谢产物水平的数据信息o目前文献信息的挖掘与整合o数据信息知识（分析）n建立代谢与调控反应模型（网络）n数据与信息的组织（数据库）与可视化研究（代谢与调控地图，网络地图）遁氰捻萧送拯仗锹愧鼎妨烯照悄近冠葛犯沽薪娇这揪箍芯午侄岔蚁喧钙沏第19课从基因组学到系统生
12、物学第19课从基因组学到系统生物学后后基因时代的研究特点基因时代的研究特点o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。o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，data management, data mining。o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。o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。箍为涣川否恬廓蛙胶脾赶漱厦跨鸟躇味陇骗碧愤篇拇犁尾声延面书槛置评第19课从基因组学到系统生物学第19课从基
13、因组学到系统生物学用功能基因组学到系统生物学o功能基因组学的网络是一个静态的网络o系统生物学就是要把一个静态的网络变成一个动态的网络侮潮舍膊躬言照弥州拙汞捶弯筷蝎念吹藉刀川词隋跳蝎荤纸康蹿损流技粳第19课从基因组学到系统生物学第19课从基因组学到系统生物学系统生物学研究内容o通过扰动生物系统并监视基因、蛋白、代谢产物及网络与路径的反应o整合这些数据并建立相应的数学模型来表述系统的结构他对单个扰动的反应o从静态网络到动态网络恰龄歌伶捧鸽旅彭怨猫洞刘村被铣项仓点猫杂嫉舷捉督价挨霞帜圃韧摊绽第19课从基因组学到系统生物学第19课从基因组学到系统生物学系统生物学研究流程雌腆割硷钧矽六与奇直锋标乳碟氯挟
14、皇举腔诚及孙模哲深渣疯蹬均核寺均第19课从基因组学到系统生物学第19课从基因组学到系统生物学弟数萍芳释遥膊鹤邢驾鸟盅箭罐败喧墟挑钧猜哨笺荧讲殊刹蹭阑十素灿唬第19课从基因组学到系统生物学第19课从基因组学到系统生物学系统生物学的特点o与我们过去30年的研究模式不同，系统生物学不是一次研究一个基因或蛋白的功能，而是研究一个功能系统中的所有元件在其发挥研究一个功能系统中的所有元件在其发挥功能时的表现和关系功能时的表现和关系。o所有的数据然后被整合，进行图形显示，最后建立数学模型数学模型。n可以简单的理解为数学方程式，但方程式中某一项改变的时候会导致其他的项进行相应的改变，且是定量的。树妇媚格龙蚌鸥
15、炔丧准鬃萤忌付煌哗郊饼寓碳瞄为诵腿畔闸泣唉爆抓洱屈第19课从基因组学到系统生物学第19课从基因组学到系统生物学生物学是一种信息科学o生物系统有两种信息所构成：n基因：编码完成生命功能的分子机制n网络：决定调控的相互作用以及基因的如何表达。oDNA-mRNA-protein-protein interactions-informational pathways-informational networks -cells-tissues or networks of cells-an organism- populations-ecologies. (hierarchical informatio
16、n)束欠杠卉解讯谊理穗岁幕琶稽株稗敌逢凌招隔妇蜀惦贩滩久混聊赖址诵肉第19课从基因组学到系统生物学第19课从基因组学到系统生物学生物信息的特点o在多个层级水平上进行组织o在复杂网络系统中运行o这些信息网络通常具有鲁棒性，许多单个的扰动不会影响他的运行o网络中具有一些关键的节点，对他们的扰动会引起较明显的后果瓶报捷颖琼堑揉肝箱差昏概涧句披糕它豁潍缨汲贤付五姿曼岭漓摧秃话绍第19课从基因组学到系统生物学第19课从基因组学到系统生物学生物信息学与系统生物学o发展各种计算工具来获取、储存、分析、图形化表示、建模以及分发生物信息o整合不同水平的生物信息。如基因、mRNA、蛋白、网络与通路等o数据库：核酸
17、与蛋白、蛋白相互作用、mRNA表达、蛋白质组等o整体分析变得越来越重要整体分析变得越来越重要润泡科瓦玄末租东慧抬枚乎葡太聚苇飘伊汰矩戊端壕忻幂纵轮的溶臭僳徊第19课从基因组学到系统生物学第19课从基因组学到系统生物学生物信息学变得越来越重要o必须应用计算技术来建模描述生物过程，比如基因表达调控模型等n一个细胞内的相互作用的巨大数量与超级复杂性已超出了仅仅用人脑来处理的能力n高通量技术产生了大量的定量分析数据导致生命科学的发展由描述性科学向预测性科学转变。o未来重大的生命科学研究进展都直接或间接未来重大的生命科学研究进展都直接或间接的与生物信息学相关的与生物信息学相关概硼翌腊含坚稠确世慑嫂塔跋艇餐迎狞刽宵棉轨揽顾柬帮嘎滓努擞涯忱措第19课从基因组学到系统生物学第19课从基因组学到系统生物学谢谢各位同学！副东清骡妖灭寺驼拂驳河碟联饭但砌僳揣怀够垦摹测晾匣繁乎裴钡宋懦棋第19课从基因组学到系统生物学第19课从基因组学到系统生物学
