已经比较完善,而蛋白质研究就较为困难,至于涉及生物小分子的代谢组分的研究就更不 成熟。 其次,对于多细胞生物而言,系统生物学要实现从基因到细胞、到组织、到个体的各 个层次的整合。《科学》周刊系统生物学专集中一篇题为“心脏的模型化——从基因到细胞、 到整个器官”的论文,很好地体现了这种整合性。我们知道,系统科学的核心思想是:“整 体大于部分之和”;系统特性是不同组成部分、不同层次间相互作用而“涌现”的新性质 如何通过研究和整合去发现和理解涌现的系统性质,是系统生物学面临的一个带根本性的 挑战。 整合性的第三层含义是指研究思路和方法的整合。经典的分子生物学研究是一种垂直 型的研究,即采用多种手段研究个别的基因和蛋白质。首先是在DNA水平上寻找特定的 基因,然后通过基因突变、基因剔除等手段研究基因的功能;在基因研究的基础上,研究 蛋白质的空间结构,蛋白质的修饰以及蛋白质间的相互作用等等。基因组学、蛋白质组学 和其他各种“组学”则是水平型研究,即以单一的手段同时研究成千上万个基因或蛋白质。 而系统生物学的特点,则是要把水平型研究和垂直型研究整合起来,成为一种“三维”的硏 究。此外,系统生物学还是典型的多学科交叉研究,它需要生命科学、信息科学、数学 计算机科学等各种学科的共同参与。 2.系统生物学的基础信息 分子生物学时代,研究者们把生命视为一架精密的机器,由基因和蛋白质根据物理、 化学的规律来运转。在后基因组时代,科学家把生命视为信息的载体,一切特性都可以从 信息的流动中得到实现。 首先,生物学研究的核心—基因组,是数字化的(dgta)。因此生物学可以被完全 破译。 其次,生命的数字化核心表现为两大类型的信息,第一类信息是指编码蛋白质的基因, 第二类信息是指控制基因行为的调控网络。 再次,生物信息是有等级次序的,而且沿着不同的层次流动。一般说来,生物信息以 这样的方向进行流动:DNA→mRNA→蛋白质→蛋白质相互作用网络→细胞→器官→个体 →群体。这里要注意的是,每个层次信息都对理解生命系统的运行提供有用的视角。因此, 系统生物学的重要任务就是要尽可能地获得每个层次的信息并将它们进行整合。 根据系统论的观点,构成系统的关键不是其组成的物质,而是组成部分的相互作用或 部分之间的关系。这些相互作用或者关系,从本质上说就是信息。换一个角度来说,生命 是远离平衡态的开放系统,为了维持其有序性,生命系统必须不断地与外部环境交换能量, 以抵消其熵増过程。生命系统是一个信息流的过程,系统生物学就是要硏究并揭示这种信 息的运行规律。 3.系统生物学的钥匙干涉( perturbation) 系统生物学一方面要了解生物系统的结构组成,另一方面是要揭示系统的行为方式。 相比之下,后一个任务更为重要。系统生物学研究的并非一种静态的结构,而是要在人为 控制的状态下,揭示出特定的生命系统在不同的条件下和不同的时间里具有什么样的动力已经比较完善，而蛋白质研究就较为困难，至于涉及生物小分子的代谢组分的研究就更不 成熟。 其次，对于多细胞生物而言，系统生物学要实现从基因到细胞、到组织、到个体的各 个层次的整合。《科学》周刊系统生物学专集中一篇题为“心脏的模型化——从基因到细胞、 到整个器官”的论文，很好地体现了这种整合性。我们知道，系统科学的核心思想是：“整 体大于部分之和”；系统特性是不同组成部分、不同层次间相互作用而“涌现”的新性质。 如何通过研究和整合去发现和理解涌现的系统性质，是系统生物学面临的一个带根本性的 挑战。 整合性的第三层含义是指研究思路和方法的整合。经典的分子生物学研究是一种垂直 型的研究，即采用多种手段研究个别的基因和蛋白质。首先是在 DNA 水平上寻找特定的 基因，然后通过基因突变、基因剔除等手段研究基因的功能；在基因研究的基础上，研究 蛋白质的空间结构，蛋白质的修饰以及蛋白质间的相互作用等等。基因组学、蛋白质组学 和其他各种“组学”则是水平型研究，即以单一的手段同时研究成千上万个基因或蛋白质。 而系统生物学的特点，则是要把水平型研究和垂直型研究整合起来，成为一种“三维”的研 究。此外，系统生物学还是典型的多学科交叉研究，它需要生命科学、信息科学、数学、 计算机科学等各种学科的共同参与。 2. 系统生物学的基础——信息 分子生物学时代，研究者们把生命视为一架精密的机器，由基因和蛋白质根据物理、 化学的规律来运转。在后基因组时代，科学家把生命视为信息的载体，一切特性都可以从 信息的流动中得到实现。 首先，生物学研究的核心——基因组，是数字化的（digital）。因此生物学可以被完全 破译。 其次，生命的数字化核心表现为两大类型的信息，第一类信息是指编码蛋白质的基因， 第二类信息是指控制基因行为的调控网络。 再次，生物信息是有等级次序的，而且沿着不同的层次流动。一般说来，生物信息以 这样的方向进行流动：DNA→mRNA→蛋白质→蛋白质相互作用网络→细胞→器官→个体 →群体。这里要注意的是，每个层次信息都对理解生命系统的运行提供有用的视角。因此， 系统生物学的重要任务就是要尽可能地获得每个层次的信息并将它们进行整合。 根据系统论的观点，构成系统的关键不是其组成的物质，而是组成部分的相互作用或 部分之间的关系。这些相互作用或者关系，从本质上说就是信息。换一个角度来说，生命 是远离平衡态的开放系统，为了维持其有序性，生命系统必须不断地与外部环境交换能量， 以抵消其熵增过程。生命系统是一个信息流的过程，系统生物学就是要研究并揭示这种信 息的运行规律。 3. 系统生物学的钥匙——干涉（perturbation） 系统生物学一方面要了解生物系统的结构组成，另一方面是要揭示系统的行为方式。 相比之下，后一个任务更为重要。系统生物学研究的并非一种静态的结构，而是要在人为 控制的状态下，揭示出特定的生命系统在不同的条件下和不同的时间里具有什么样的动力