复杂系统一般由相对简单的元件组合产生复杂的功能和行为,而生物体是由大量结构和功 能不同的元件组成的复杂系统,并由这些元件选择性和非线性的相互作用产生复杂的功能 和行为。因此,我们要建立多层次的组学技术平台,研究和鉴别生物体内所有分子,研究 其功能和相互作用,在各种技术平台产生的大量数据的基础上,通过计算生物学用数学语 言定量描述和预测生物学功能和生物体表型和行为。 系统生物学也将使生物学研究发生结构性的变化。长期以来,生物学硏究是在规模较 小的实验室进行的,系统生物学研究将由各种组学组成的大科学工程和小型生物学实验室 有机结合实施的。系统生物学研究也将在更大范围和更高层次进行学科交叉和国际合作, 如人类基因组计划、人类单体型图谱计划、人类表观基因组学计划等。 系统生物学的技术平台: 系统生物学的主要技术平台为基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学、相互作 用组学和表型组学等。基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学分别在DNA、mRNA 蛋白质和代谢产物水平检测和鉴别各种分子并研究其功能。相互作用组学系统研究各种分 子间的相互作用,发现和鉴别分子机器、途径和网络,构建类似集成电路的生物学模块, 并在研究模块的相互作用基础上绘制生物体的相互作用图谱。表型组学是生物体基因型和 表型的桥梁,目前还仅在细胞水平开展表型组学研究。 计算生物学可分为知识发现和模拟分析两部分。知识发现也称为数据开采,是从系统 生物学各个组学实验平台产生的大量数据和信息中发现隐含在里面的规律并形成假设。模 拟分析是用计算机验证所形成的假设,并对体内、外的生物学实验进行预测,最终形成可 用于各种生物学研究和预测的虚拟系统。 系统生物学的工作流程: 系统生物学的基本工作流程有这样四个阶段。首先是对选定的某一生物系统的所有组分 进行了解和确定,描绘出该系统的结构,包括基因相互作用网络和代谢途径,以及细胞内 和细胞间的作用机理,以此构造出一个初步的系统模型。第二步是系统地改变被研究对象 的内部组成成分(如基因突变)或外部生长条件,然后观测在这些情况下系统组分或结构 所发生的相应变化,包括基因表达、蛋白质表达和相互作用、代谢途径等的变化,并把得 到的有关信息进行整合。第三步是把通过实验得到的数据与根据模型预测的情况进行比 较,并对初始模型进行修订。第四阶段是根据修正后的模型的预测或假设,设定和实施新 的改变系统状态的实验,重复第二步和第三步,不断地通过实验数据对模型进行修订和精 练。系统生物学的目标就是要得到一个理想的模型,使其理论预测能够反映出生物系统的 真实性。 1.系统生物学的灵魂整合 首先,它要把系统内不同性质的构成要素(基因、mRNA、蛋白质、生物小分子等) 整合在一起进行硏究。系统生物学硏究所的第一篇硏究论文,就是整合酵母的基因组分析 和蛋白质组分析,研究酵母的代谢网络。由于不同生物分子的研究难度不一样,技术发展 程度不一样,目前对它们的研究水平有较大的差距。例如,基因组和基因表达方面的研究复杂系统一般由相对简单的元件组合产生复杂的功能和行为，而生物体是由大量结构和功 能不同的元件组成的复杂系统，并由这些元件选择性和非线性的相互作用产生复杂的功能 和行为。因此，我们要建立多层次的组学技术平台，研究和鉴别生物体内所有分子，研究 其功能和相互作用，在各种技术平台产生的大量数据的基础上，通过计算生物学用数学语 言定量描述和预测生物学功能和生物体表型和行为。 系统生物学也将使生物学研究发生结构性的变化。长期以来，生物学研究是在规模较 小的实验室进行的，系统生物学研究将由各种组学组成的大科学工程和小型生物学实验室 有机结合实施的。系统生物学研究也将在更大范围和更高层次进行学科交叉和国际合作， 如人类基因组计划、人类单体型图谱计划、人类表观基因组学计划等。 系统生物学的技术平台： 系统生物学的主要技术平台为基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学、相互作 用组学和表型组学等。基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学分别在DNA、mRNA、 蛋白质和代谢产物水平检测和鉴别各种分子并研究其功能。相互作用组学系统研究各种分 子间的相互作用，发现和鉴别分子机器、途径和网络，构建类似集成电路的生物学模块， 并在研究模块的相互作用基础上绘制生物体的相互作用图谱。表型组学是生物体基因型和 表型的桥梁，目前还仅在细胞水平开展表型组学研究。 计算生物学可分为知识发现和模拟分析两部分。知识发现也称为数据开采，是从系统 生物学各个组学实验平台产生的大量数据和信息中发现隐含在里面的规律并形成假设。模 拟分析是用计算机验证所形成的假设，并对体内、外的生物学实验进行预测，最终形成可 用于各种生物学研究和预测的虚拟系统。 系统生物学的工作流程： 系统生物学的基本工作流程有这样四个阶段。首先是对选定的某一生物系统的所有组分 进行了解和确定，描绘出该系统的结构，包括基因相互作用网络和代谢途径，以及细胞内 和细胞间的作用机理，以此构造出一个初步的系统模型。第二步是系统地改变被研究对象 的内部组成成分（如基因突变）或外部生长条件，然后观测在这些情况下系统组分或结构 所发生的相应变化，包括基因表达、蛋白质表达和相互作用、代谢途径等的变化，并把得 到的有关信息进行整合。第三步是把通过实验得到的数据与根据模型预测的情况进行比 较，并对初始模型进行修订。第四阶段是根据修正后的模型的预测或假设，设定和实施新 的改变系统状态的实验，重复第二步和第三步，不断地通过实验数据对模型进行修订和精 练。系统生物学的目标就是要得到一个理想的模型，使其理论预测能够反映出生物系统的 真实性。 1. 系统生物学的灵魂——整合 首先，它要把系统内不同性质的构成要素（基因、mRNA、蛋白质、生物小分子等） 整合在一起进行研究。系统生物学研究所的第一篇研究论文，就是整合酵母的基因组分析 和蛋白质组分析，研究酵母的代谢网络。由于不同生物分子的研究难度不一样，技术发展 程度不一样，目前对它们的研究水平有较大的差距。例如，基因组和基因表达方面的研究