Hank asked in 科學生物學 · 2 decades ago

請問system biology

想請問他的定義是什麼,

和現代生活有什麼可以相結合的地方嗎?

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    2 decades ago
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    系統生物學在生物學上的意義

    在人類文明史上,生物學是先經過無數位聖賢的努力,讓我們對週邊的生物如花、草、貓、狗、老鼠、蛇、青蛙等之觀察,而獲得初淺認知結果的疊積。而人類的科學知識始自一七五三年瑞典的林奈氏,他首先利用二名法來命名所知道的動、植物種名,以後,生物學方能進入較有系統的分類學研究,亦即我們過去所稱的分類系統生物學(systematic biology)研究。因為生物個體必需先經過外部型態分類後,科學家方能用解剖、實驗的方法慢慢了解動植物的內部器官、組織及細胞構造,然後再由各種組織構造進而了解其呼吸、循環、排泄與感覺等各種器官的功能,亦即由分類系統生物學進入系統性生物學(system biology),也就是由描述性的系統性生物學再進入整體式的系統生物學(systems biology)。當然現在我們已知細胞是構成一切生物生命現象的基礎,所以在細胞生物學亦有突飛猛進的進展,即現代的生物學,已進入分子研究的領域,其中尤以一九五○年代華生及克立克解明人類染色體基因的雙螺旋構造最為突出,由此看來,過去人們由描述性生物學進入分子生物學,也是經由科學家由大而小不斷努力的結果。

     但自從華生及克立克發現雙螺旋構造迄今剛好約五十年,在這五十年中,我們在分子生物學中又有多項突破性的進展,其中我們對人類基因體、水稻的基因、果蠅的基因、線蟲等多種生物的基因已有闡明或部分闡明;但我們發現生命現象是繁雜的,用老方法越研究越不清楚,我們對生命現象的真正了解,才正開始。現在我們知道我們無法僅由研究個別的基因、個別的蛋白質來了解整體的生命。真正的生命現象必須由各種基因組、蛋白質組、mRNA等的整體作用,或其相互間的作用關係才能了解。因此,我們又必須由小分子生物學研究慢慢進入系統生物學(systems biology)又稱大系統生物學的研究。根據美國科學家胡德(L﹒Hood 1999)對系統生物學的定義,它是研究一個生物系統中所有組成分,包括基因、mRNA、蛋白質等,以及在特定條件下這些組成分的相互關係。也就是說,系統生物學是一種整合型大科學,它要整合過去垂直型的經典分子生物學研究,例如:採用多種手段研究個別的基因和蛋白質,和現代的水平型研究,即以單一的手段同時研究成千上萬個基因或蛋白質。故系統生物學不只是一種將水平型研究和垂直型研究整合起來,成為一種立體(三維)的研究,同時也是一種典型的學科交叉研究,它需要生命科學、電腦及計算機科學、數學、生物物理及生物化學等各種學科的學者共同參與。

     總之,生命科學的發展是經由過去數千年由大而小的生物學研究,這也是過去國際的趨勢,我國為了應付當時各項國際挑戰,國內生物界的人才培養過去亦大半集中在分子生物學上 ,故國內的生物科研學術界,目前比較不缺少做小項目的分子生物學者,可是過去做大生物學的研究者,如分類學者、生理學者,或因分子生物學的知識不夠強,大半已被排除在主流分子生物學研究之外。但目前的國際方向已有所改變,生物學之研究又由小而大,而我國的小分子生物學者,由於欠缺系統生物學的背景,也只能各自小本經營,無法對系統生物學做概括性的大發展。雖然目前生技產業仍是我們未來之希望,但缺少系統生物學者之提綱挈領,將使我們生技產業的發展事倍功半,因之,未來我們如何能盡快培植些大系統生物研究學者,將是今後必須走的道路。

    http://www.libertytimes.com.tw/2003/new/mar/3/toda...

    系統生物學面面觀-吳家睿

    系統理論和系統思想對于我國知識分子並不陌生。1980年代在我國學術界曾經流 行過“三論”──系統論、資訊論和控制論,其中的“系統論”是指奧地利科學家 貝塔朗菲(L. Bertalanffy)在1970年代創立的“一般系統論”(general system theory)。儘管貝塔朗菲是以生物學家的身分去思考、研究並提出系統論的,但 他的系統論並不僅僅適用于生命科學,而且適用于物理學、心理學、經濟學和社會 科學等各門學科。如果說過去所談論的是指在哲學層面上的、普適性強的一般系統 論,那么本文所要介紹的系統生物學(systems biology),則是生命科學研究領 域的一門新興學科。

      作為人類基因組計畫的發起人之一,美國科學家萊諾伊芳芳‧胡德(Leroy

    Hood)也是系統生物學的創始人之一。在胡德看來,系統生物學和人類基因組計畫 有著密切的關係。正是在基因組學、蛋白質組學等新型大科學發展的基礎上,孕育 了系統生物學。反之,系統生物學的誕生進一步提升了后基因組時代的生命科學研 究能力。正如胡德所說,“系統生物學將是21世紀醫學和生物學的核心驅動力” [1]。基于這一信念,胡德在1999年年底辭去了美國西雅圖市華盛頓大學的教職, 與另外兩名志同道合的科學家一起創立了世界上第一個系統生物學研究所( Institute for Systems Biology)。隨后,系統生物學便逐漸得到了生物學家的 認同,也喚起了一大批生物學研究領域以外的專家的關注。2002年3月,美國《科 學》周刊登載了系統生物學專集。該專集導論中的第一句話這樣寫道︰“如果對當 前流行的、時髦的關鍵詞進行一番分析,那么人們會發現,‘系統’高居在排行榜 上。”

      什麼是系統生物學?根據胡德的定義,系統生物學是研究一個生物系統中

    所有組成成分(基因、mRNA、蛋白質等)的構成,以及在特定條件下這些組分間的 相互關係的學科[1]。也就是說,系統生物學不同于以往的實驗生物學──僅關心 個別的基因和蛋白質,它要研究所有的基因、所有的蛋白質、組分間的所有相互關

    系。顯然,系統生物學是以整體性研究為特徵的一種大科學。

      系統生物學的基本工作流程有這樣四個階段。首先是對選定的某一生物系

    統的所有組分進行了解和確定,描繪出該系統的架構,包括基因相互作用網路和代 謝途徑,以及細胞內和細胞間的作用機理,以此構造出一個初步的系統模型。第二 步是系統地改變被研究對象的內部組成成分(如基因突變)或外部生長條件,然後 觀測在這些情況下系統組分或架構所發生的相應變化,包括基因表達、蛋白質表達 和相互作用、代謝途徑等的變化,並把得到的有關訊息進行整合。第三步是把透過 實驗得到的數據與根據模型預測的情況進行比較,並對初始模型進行修訂。第四階 段是根據修正后的模型的預測或假設,設定和實施新的改變系統狀態的實驗,重複 第二步和第三步,不斷地透過實驗數據對模型進行修訂和精練。系統生物學的目標 就是要得到一個理想的模型,使其理論預測能夠反映出生物系統的真實性。

    系統生物學的靈魂──整合

      作為后基因組時代的新秀,系統生物學與基因組學、蛋白質組學等各種“

    組學”的不同之處在于,它是一種整合型大科學。首先,它要把系統內不同性質的 構成要素(基因、mRNA、蛋白質、生物小分子等)整合在一起進行研究。系統生物 學研究所的第一篇研究論文,就是整合酵母的基因組分析和蛋白質組分析,研酵 母的代謝網路[2]。由於不同生物分子的研究難度不一樣,技術發展程度不一樣, 目前對它們的研究水準有較大的差距。例如,基因組和基因表達方面的研究已經比 較完善,而蛋白質研究就較為困難,至於涉及生物小分子的代謝組分的研究就更不 成熟。因此,要真正實現這種整合還有很長的路要走。

      對于多細胞生物而言,系統生物學要實現從基因到細胞、到組織、到個體

    的各個層次的整合。《科學》周刊系統生物學專集中一篇題為“心臟的模型化── 從基因到細胞、到整個器官”的論文,很好地體現了這種整合性[3]。我們知道, 系統科學的核心思想是︰“整體大于部分之和”;系統特性是不同組成部分、不同 層次間相互作用而“湧現”的新性質;對組成部分或低層次的分析並不能真正地預 測高層次的行為。如何透過研究和整合去發現和理解湧現的系統性質,是系統生物 學面臨的一個帶根本性的挑戰。

      系統生物學整合性的第三層含義是指研究思路和方法的整合。經典的分子

    生物學研究是一種垂直型的研究,即採用多種手段研究個別的基因和蛋白質。首先 是在DNA水準上尋找特定的基因,然後透過基因突變、基因剔除等手段研究基因的 功能;在基因研究的基礎上,研究蛋白質的空間架構,蛋白質的修飾以及蛋白質間 的相互作用等等。基因組學、蛋白質組學和其他各種“組學”則是水準型研究,即 以單一的手段同時研究成千上萬個基因或蛋白質。而系統生物學的特點,則是要把 水準型研究和垂直型研究整合起來,成為一種“三維”的研究。此外,系統生物學 還是典型的多學科交叉研究,它需要生命科學、訊息科學、數學、計算機科學等各 種學科的共同參與。

      系統生物學的整合性可以體現下兩種不同的策略上。第一種就是胡德和系

    統生物學研究所採用的模式,選定一個較為簡單的系統,如單細胞生物酵母,然後 分析儘可能多的構成成分──基因組、轉錄組、蛋白質組、相互作用組,以揭示整 個系統的行為。另外一種策略是姬兒曼(A. G. Gilman)領導的“信號轉導聯軍” 採用的,以一個較為複雜的系統(G蛋白介導的和與其相關的細胞信號轉導系統) 為研究對象,採用儘可能多的研究手段去進行分析(詳細介紹見本刊2002年第2期 第36頁)。

    系統生物學的基礎──訊息

      在前分子生物學時代,生物學家把生命視為具有特殊“活力”的有機體,

    遵循著無機界不存在的法則進行生命活動。在分子生物學時代,研究者們把生命視 為一架精密的機器,由基因和蛋白質根據物理、化學的規律來運轉。在后基因組時 代,像胡德這種類型的科學家,把生命視為訊息的載體,一切特性都可以從訊息的 流動中得到實現。

      胡德提出,應該把生物學視為一門訊息科學[1]。這個觀點包含有三層意思

    。首先,生物學研究的核心──基因組,是數字化的(digital)。生物學與所有

    其他學科,如物理學、化學、地理學,是完全不一樣的科學,因為生物學以外的學 科都只能透過類比的模式(analog)進行分析。既然生物學研究的核心是數字化的 ,因此生物學可以被完全破譯。從理論上說,我們對生物學的把握應該超過其他任 何一門學科。其次,生命的數字化核心表現為兩大類型的訊息,第一類訊息是指編 碼蛋白質的基因,第二類訊息是指控制基因行為的調控網路。顯然,由一段DNA序 列組成的基因是數字化的。值得強調的是,基因調控網路的訊息從本質上說也是數 字化的,因為控制基因表達的轉錄因子結合位點也是核 酸序列。生物學是訊息科 學的第三層意思是,生物訊息是有等級次序的,而且沿著不同的層次流動。一般說 來,生物訊息以這樣的方向進行流動︰DNA→mRNA→蛋白質→蛋白質相互作用網路 →細胞→器官→個體→群體。這裡要注意的是,每個層次訊息都對理解生命系統的 營運提供有用的視角。因此,系統生物學的重要任務就是要儘可能地獲得每個層次 的訊息並將它們進行整合[1]。

      根據系統論的觀點,構成系統的關鍵不是其組成的物質,而是組成部分的

    相互作用或部分之間的關係。這些相互作用或者關係,從本質上說就是訊息。換一 個角度來說,生命是遠離平衡態的開放系統,為了維持其有序性,生命系統必須不 斷地與外部環境交換能量,以抵消其熵增過程。奧地利物理學家薛定諤早在1940年 代發表的著作《生命是什麼?》中就已指出,生命以“負熵流”為食,而“負熵” 其實就是訊息的另一種表示方法。因此,我們可以這樣說,生系統是一個訊息流 的過程,系統生物學就是要研究並揭示這種訊息的營運規律。

    系統生物學的鑰匙──干涉

      系統生物學一方面要了解生物系統的架構組成,另一方面是要揭示系統的

    行為模式。相比之下,后一個任務更為重要。也就是說,系統生物學研究的並非一 種靜態的架構,而是要在人為控制的狀態下,揭示出特定的生命系統在不同的條件 下和不同的時間裡具有什麼樣的動力學特徵。

      凡是實驗科學都有這樣一種特徵︰人為地設定某種或某些條件去作用于被

    實驗的對象,從而達到實驗的目的。這種對實驗對象的人為影響就是干涉(

    perturbation)。道統生物學採用非干涉方法如形態觀察或分類研究生物體。20世 紀形成的分子生物學等實驗生物學的特點就是,科學家可以在實驗室內利用各種手 段干涉生物學材料,如透過誘導基因突變或修飾蛋白質,由此研究其性質和功能。 系統生物學同樣也是一門實驗性科學,也離不開干涉這一重要的工具。

      系統生物學中的干涉有這樣一些特點。首先,這些干涉應該是有系統性的

    。例如人為誘導基因突變,過去大多是隨機的;而在進行系統生物學研究時,應該 採用的是定向的突變技術。上面所提到的對酵母的系統生物學研究,胡德等人就是 把已知的參與果糖代謝的9個基因逐一進行突變,研究在每一個基因突變下的系統 變化[2]。果蠅從受精開始到形成成熟個體一共有66個典型的發育階段,不久前科 學家利用基因晶片技術,對每一個發育階段的基因表達譜進行了系統的研究[4]。 這也是一類系統性的干涉模式。其次,系統生物學需要高通量的干涉能力,如高通 量的遺傳變異。現有技術已經能做到在短時間內,把酵母的全部6000多個基因逐一 進行突變。對于較為複雜的多細胞生物,可以透過RNA干涉新技術來實現大規模的 基因定向突變。隨著研究技術的發展,一定還會有許多新的干涉技術應用于系統生 物學。

      需要提請人們注意的是,以測定基因組全序列或全部蛋白質組成的基因組

    研究或蛋白質組研究等“規模型大科學”,並不屬于經典的實驗科學。這類工作中 並不需要干涉,其目標只是把系統的全部元素測定清楚,以便得到一個含有所有信 息的數據庫。胡德把這種類型的研究稱為“發現的科學”(discovery science) ,而把上述倚賴于干涉的實驗科學稱為“假設驅動的科學”(

    hypothesis-driven science),因為選擇干涉就是在做出假設。系統生物學不同

    于一般的實驗生物學就在于,它既需要“發現的科學”,也需要“假設驅動的科學 ”。首先要選擇一種條件(干涉),然後利用“發現的科學”的方法,對系統在該 條件下的所有元素進行測定和分析;在此基礎上做出新的假設,然後再利用“發現 的科學”研究手段進行新研究。這兩種不同研究策略和方法的互動和整合,是系統 生物學成功的保證。

      筆者還要再強調一點,在注重這兩類研究手段的同時,不應該忽略系統生

    物學的另一個特點──對理論的倚賴和建立模型的需求。在本文一開始介紹系統生 物學的概況時,特別指出過,系統生物學的理想就是要得到一個儘可能接近真正生 物系統的理論模型;建模過程貫穿在系統生物學研究的每一個階段。離開了數學和 計算機科學,就不會有系統生物學。也許正是基于這一考慮,科學家把系統生物學 分為“濕”的實驗部分(實驗室內的研究)和“干”的實驗部分(計算機類比和理 論分析)[5]。“濕”、“干”實驗的完美整合才是真正的系統生物學。

      從某種意義上說,系統生物學在我國有很好的基礎。我們的道統醫學就是 把人體視為一個系統,透過測定和改變系統的輸入和輸出來調節系統的狀態。道統 科學的缺點在于,它只能進行“黑箱操作”,不能解釋系統的內部組成成分和動力 學過程。而系統生物學則把生物系統化為“白箱”,不僅要了解系統的架構和功能 ,而且還要揭示出系統內部各組成成分的相互作用和營運規律。

    兩種大科學的抉擇

    吳家睿

    (中科院上海生命科學研究院生物化學與細胞生物學研究所,上海 200031)

    從科學研究的歷史來看,形成一門學科並不是一件容易的事。但是,在人類基因組計 劃實施的短短幾年間,以“……組學”(-omics)構成的學科如雨后春筍,迅速地在 生命科學界蔓延。最早出現的是與DNA相關的“基因組學”(Genomics),隨后又產 生了許多與各種生物大分子或小分子相關的“組學”,如“蛋白質組學”(Proteomics ),轉錄組學(transcriptomics),“代謝組學”(metabolomics)等等。複合名 詞則更是不可勝數,以基因組學為例,在文獻中就可以看到︰架構基因組學、功能基 因組學、癌症基因組學、藥物基因組學、毒理基因組學、環境基因組學和營養基因組 學等等。這些術語的出現,從積極的方面來看,是表現了生命科學的活力和迅速發展

    的勢頭。從消極的方面來看,則暗示了一種浮躁和輕率。因此,本文試圖對后基因組 時代出現的這諸多的“組學”進行一番梳理,並對這些新興學科進行反思和討論。

    工程型與概念型大科學

    人類基因組計畫常常被人們譽為生命科學的“登月計畫”。這一比喻應該說是很恰當 的。不僅說明這二者都是大科學,有大量人力物力的投入,而且表明這二者都擁有一 個清晰、具體的目的。對于前者而言,是測出人類基因組所含有的32億個鹼基對;對 于后者來說,則是讓人類跨越38萬4千米的空間距離,登上月球。換句話說,這二個 計畫都屬于科學工程。凡是工程都具有這樣一個特點︰其目的是明確無誤的,可以評

    估和度量的。譬如我們要建造一幢樓房或架設一座橋樑,顯然我們是有著明確的目的 ,而且可以對工程的實施進度和完成情況進行具體的和定量的評判。因此,儘管“登 月計畫”和人類基因組測序工作要遠比蓋房子複雜和困難得多,但本質上都符合工程 的範疇。根據這一標準,筆者把生命科學領域中其研究目的可以被明確界定和度量的 大科學如測定物種基因組全序列的基因組學稱之為“工程型大科學”。

    生命科學領域中還存在另外一類大科學,例如“相互作用組學”(interactomics)、藥物基因組學、環境基因組學等等。它們與上面所說的“工程型大科學”有著很大 的區別,因為它們的研究目的不是明確可辯的,通常也難以對其進行具體的評估。這 類大科學通常是圍繞著某種概念來進行研究,例如相互作用組學是以“相互作用”這 一概念為主導,“環境基因組學”則以“環境”這一概念為核心。但是,在“相互作 用”和“環境”指導下的研究內容是模糊的,研究邊界是變化的。此外,這類大科學 不同于工程型大科學的另一特點是,研究永無止境,沒有結束的客觀依據或判定標準 。人類基因組序列一旦測完,就可以宣稱人類基因組計畫結束。但是根據什麼來判斷 酵母相互作用組的研究工作完成與否。筆者把這類沒有明確目的和判定尺度的大科學 研究稱為“概念型大科學”。

    當然,對這兩種類型的大科學的區別有時是很微妙的。美國國立癌症研究所在1997年 發起了一個癌基因組解剖學計畫(Cancer Genome Anatomy Project,CGAP),其目

    的是要收集和分析與癌症有關的遺傳和基因組數據。這個計畫內的兩個子計畫──哺 乳動物基因收集(Mammalian Gene Collection)和癌細胞染色體畸變計畫(Cancer Chromosome Aberration Project)分別屬于工程型和概念型大科學。因為前者有可 以判據的目標──收集所有人和小鼠的基因表達產物(全長cDNA),后者卻無法判定 其目標的實現──收集所有癌細胞的染色體畸變類型。從這個意義上說,代謝組學或 蛋白質組學都更接近概念型大科學,因為沒有標尺測量它們的完成情況。

    兩難的抉擇

    至今為止,在生物學的大科學研究領域,基因組學最為成功。從低等微生物到高等動 植物中的許多物種的基因組都已被破譯。它的成功理所當然,因為作為典型的工程型 大科學,其研究目的是可以實現的。此外,基因組學成功的另外一個原因是對技術的 強烈倚賴性。只要技術可行,目的就能達到。在1980年代初提出測定人類基因組想法 時,許多科學家都認為這是一個不可能實現的計畫,因為當時的測序能力極低,1年 的測序能力不過是數萬個鹼基而已。隨著DNA自動測序技術的出現和發展,測序能力 迅速的提升。在1998年已達到年測序能力9千萬個鹼基,2003年估計會達到5億個鹼基 /年。而這種對技術的倚賴也正是工程型大科學的一個主要特徵。所以,如果我們要 準備開展一個大科學項目,那么應該著眼于那些研究目的明確,技術方法可行的工程 型大科學項目。 但是,生命科學領域的工程型大科學也有其先天不足之處。首先,這類大科學不是針 對具體的生物學問題來進行的,也不能回答或解決具體的生物學問題。其研究的最終 結果只是為生物學問題的研究準備一個數據庫,提供一種進行大規模、高通量研究的 基礎。例如芽殖酵母基因組全序列的測定,一方面給出了所有基因的訊息,另一方面 讓基因晶片分析,蛋白質相互作用組研究成為可能。如果這些數據沒有被用于進一步 的功能性研究,那么其價值也將會大打折扣。

    科學研究的標準之一是可重複性,不同的實驗室得到同樣的結果才是真實可信的。但 是,在工程型大科學中,這一標準就難以貫徹了。很少有人願意把一個已經測完的基 因組再投入大量的人力和物力去重測一遍。雖然人們會製定一套標準來防止錯誤,如 美國國立衛生研究院和能源部設立了測序合格的三個標準,但顯然還會有不少錯誤的 訊息存在于數據庫中。不久前美國人類基因組計畫的專家分析了國際人類基因組計畫 (HGP)公佈的人類基因組序列和美國塞雷拉(Celera)公司採用鳥槍法測定的人類 基因組序列,認為塞雷拉公司並沒有做什麼事,只是把公共數據庫裡的數據重新拼裝 而已。塞雷拉公司的專家則否認這一指控。這一案例表明,即使對同一個基因組分別 測序,兩個數據庫的差異也是不容易說清楚的。蛋白質組數據的問題更為嚴重,因為 實驗條件的微小差別都可以導致不同的蛋白質表達譜。國際蛋白質組織在2002年4月 專門成立了旨在建立統一標準的蛋白質組學標準計畫(Proteomics Standards Initiative )。工程型大科學的這種不可重複性對研究者和科研管理者都是一個挑戰︰怎樣評判 這類生物學大工程的質量?

    回過頭來看生命科學領域的概念型大科學,它們顯然有著誘人的另外一面︰這類研究 的內容或目的通常是與生物學現象或問題緊密相關。例如,癌細胞染色體畸變計畫的 實施,可以有助于了解癌變機理和對腫瘤的診斷。此外,這類大科學與常規實驗室研 究有著緊密的聯繫,各種小型實驗室的研究力量都能夠加入到這種類型的研究工作中 。而工程型大科學常常局限于一些大型的研究實體,如在美國,公共的測序工作主要 是由三個測序中心承擔。目前,概念型的大科學種類和項目要遠遠多于工程型的大科 學,究其原因就在于,公眾和政府更願意把錢投到有實際意義的研究中,科學家更容 易參與到與生物學問題和現象相關的研究中。

    對于概念型大科學而言,研究的核心理念必然涉及到概念和假設。如果起始的概念和 假設是正確的,那么研究工作就是有意義的。反之,則研究工作的價值就很成問題。 而工程型大科學就不存在這種潛在的危險。美國國立衛生研究院在2002年10月宣佈, 啟動一項被稱之為“單型作圖”(Haplotype map)的計畫,在3年時間內投入1億美 金,構建人類基因組的單型圖譜。“單型”(haplotype)是一個從基因組研究中形 成的新概念︰基因組的DNA序列並不是隨機的排列在一起,而是由被稱為“單型”的 基本架構單元所組成。啟動“單型作圖”計畫的假設是,“單型”在不同人種是不一 樣的,而且單型與疾病有著密切的關係。但是,有許多科學家反對這一計畫,認為這 個概念和假設都尚未被證實,很有可能不是這么回事。由此可見,從事概念型大科學

    的風險要遠大于工程型大科學。

    借用一下數學術語,工程型大科學是收斂的,有一個終點;而概念型大科學是發散的 ,難以界定其最終的研究目的,因此概念型大科學要取得工程型大科學那樣的成功常 常是很困難的。美國在70年代初曾掀起過一場攻克癌症的戰爭。當時是由總統掛帥, 國會立法,實施“國家癌症計畫”。然而,30多年過去了,儘管投入了遠遠超過人類 基因組計畫的人力和物力,卻沒有取得人們所預期的成果,因為癌症的複雜性遠遠超 過了人們在計畫啟動時對癌症的理解。今天,在后基因組時代出現的這些形形色色的概念型大科學,究竟有多少成果可以斬獲還是很難估計的。

    從上述討論中可以看到,生命科學領域中的這兩類大科學有某種互補性,工程型科學的短處正好是概念性大科學的長處,反之亦然。古人曾說過,魚與熊掌不可兼而得 之。對于這兩類大科學來說,是否也是只能選取其中之一種,還是有某種模式可以同時兼顧。系統生物學是一種能夠把這兩類不同的大科學進行整合的途徑 。工程性大科學實際上就是所謂“發現的科學”,以構造數據庫為主要任務;而概念型大科學本質上是屬于“假設驅動的科學”,以研究生物學問題為主線。而系統生物學的特點就是整合“發現的科學”和“假設驅動的科學”。

    http://66.102.7.104/search?q=cache:B_OgF6w8GyoJ:bb...

    和現代生活的結合

    系統生物學應用很廣,目前主要在研究方法的建立與資料分析方面,未來也是主要應用在研究方面,如果說跟人類生活有所結合大概就是建立平台後高效能分析系統、自動化的設備、蛋白質晶片與整合平台技術的研發等,除了可以更有效率地完成蛋白質分析之外,也可以進一步應用至新藥開發或是醫療診斷的領域,增進人類的健康。

    http://66.102.7.104/search?q=cache:Ssd_ejWo9n4J:md...

  • 2 decades ago

    隨著人體基因組計劃,漸漸解開人類的基因密碼,再加上電腦軟體技術的發達,科學家的研究角度由單一分子的角度,漸漸轉移到觀察分子與分子之間如何整合的問題。對於生物與醫學家而言,最關心的除了基因解碼之外,更重要的是如何利用這些資訊解決下述問題。例如:為什麼有些人長期抽煙會得肺癌,有些老煙槍卻沒事?甚至有些人不抽煙也會得肺癌?同樣暴露在SARS病毒的環境中,為什麼有些人會因此得病喪命,有些人的症狀卻比較輕微?或是,科學家是否可以確認某種癌症的致病基因或蛋白質,並加以去除、置換,這樣就可以治癒癌症,而且不會對身體其他部位造成影響嗎?一門新興的學科─「系統生物學 (System Biology) 」就企圖解答上述問題。

    系統生物學的功能主要在將各種關於RNA、DNA、基因、蛋白質、細胞與組織等的知識整合成一個完整的圖像,用來解釋如何由這些單一的個體可以形成一個會呼吸、有脈搏、會吃飯、生病、會思考如何解決問題的人。中國人常說:「合久必分、分久必合」,倘若五十年前DNA雙螺旋的發現將生物研究帶入分子時代,五十年後的系統生物學就是在用一種系統整體的角度來研究生物現象。

    系統生物學是一個科技整合的學科,包括生物、物理、化學、工程、數學、醫學、電腦等領域的人員共同合作,以產生一套新的計算生物學技術來取得、儲存、整合與分析生化資料,對於生物學家而言,可以透過這些處理過的複雜資料來研究一個生物系統的運作;對醫學研究人員而言,它也許可以用來了解免疫系統的運作,以便製作更好的疫苗,或者了解病毒與身體免疫系統的抗爭過程,找出治病的方法;對製藥公司而言,系統生物學可以協助模擬藥物成分對疾病與身體的影響,節省大筆開發新藥的費用。

    以上內容摘自下列網頁,並略做修飾。詳細介紹請見下面這個網頁及該網頁中相關的網頁內容:

    http://biomedical.itri.org.tw/news/newsDetail.aspx...

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