(5.2.5)-5.2.5系统生物学技术（完）

系统生物学技术01系统生物学技术概念0203系统生物学技术分类系统生物学技术发展概况目录系统生物学技术的概念第一章系统生物学是一个学术领域，试图整合不同层次的信息，以了解生物系统是如何运作的。它研究生物系统所有组成部分的组成及其在特定条件下的相互作用。系统生物学的核心是整体和系统研究，这与迄今为止所有其他生物学分支的思维和研究方式不同。系统生物学已被应用于传统医学研究，特别是中草药研究。中药的功效被认为是由于其各种成分的综合作用，即所谓的多组分效应。1917年，苏格兰生物学家、数学家及古典学者达西汤普森(D'ArcyThompson)在他的专著《论生长与形态》(《OnGrowthandForm》)中首次阐述了生物形态和构造的发展，以及外力对它们所产生的影响，从数学和物理学层面分析了生命的进程。系统生物学的概念添加标题•1978年，纳森斯、亚伯、史密斯，发现DNA限制酶并获得诺贝尔医学奖斯吉巴尔斯基在《基因》期刊中写道：限制酶将带领我们进入合成生物学的新时代。添加标题•1980年HobomB.称基因重组技术为合成生物学，随着分子系统生物学与DNA人工合成技术的发展•1974年，波兰遗传学家斯吉巴尔斯基称基因重组技术为合成生物学概念•2000年E.Kool重新提出，而后D.Endy等论述合成生物学为基于系统生物学的基因工程技术。系统生物学的发展1999年初中科院曾邦哲在德国建立系统生物科学与工程英文网站，并定义基于生物系统论的实验、计算、工程方法的生物系统分析与人工生物系统研究20世纪中末期，随着化学生物学、计算生物学、合成生物学的发展，高通量组学技术与生物芯片、计算机软件与数学建模和基因人工合成等技术构成了系统生物技术的基础[*《转基因动物通讯》1994年06月、11月，1995年03月、11月，1996年08~10月等-来自1994年05月曾邦哲(ZengBJ)“结构论-泛进化论”（又称[[自组织系统]]结构理论）]-总称为系统生物科学（1999年创建的系统生物科学与工程网）《SystemsBiology:Philosophice|Foundations》是第一本关于系统生物学基础的书。代表了近年来在与系统:人学相关的一系列哲学问题上的研究成果。包含十四篇论文系统生物学技术分类第二章张自立编著的《系统生物学》基因组学蛋白质组学表型组学转录组学代谢组学1.系统生物学整合了各层面的生物信息数据，建立各种数学模型进行仿真实验，进而定量阐明和预测生物功能、表型及行为。概述了系统生物学的基本概念和基本内容，介绍了基因组学(Genomics）转录组学(Transcriptome)、蛋白质组学(Proteomics)糖组学(Metabolomics)、代谢物组学(Metabolomics)、相互作用组学、表型组学、数学建模与仿真、序列比对与数据.库搜索、分子进化模型与系统树的构建等。主要有以下五种：基因组学是阐明整个基因组的结构、结构与功能的关系以及基因之间相互作用的科学。其基本原理是以分子生物学技术、电子计算机技术和信息网络技术为手段，以生物体内基因组的全部基因为研究对象，从整体水平上探索全基因组在生命活动中的作用及其内在规律和内外环境影响机制的科学。从全基因组的整体水平而不是单个基因水平，研究生命这个具有自身组织和自装配特性的复杂系统，认识生命活动的规律，更接近生物的本质和全貌。基因组学应用前景有：营养基因组学，毒理基因组学研究，乳酸菌基因组学研究，微生物药物菌功能基因组学研究。基因组学转录组学是一门在整体水平上研究细胞中基因转录的情况及转录调控规律的学科。其基本原理是从RNA水平研究基因表达的情况。转录组即一个活细胞所能转录出来的所有RNA的总和，是研究细胞表型和功能的一个重要手段。转录组学能够从RNA角度对基因的表达与调控变化进行整体阐释，在疾病发生、干预机制的研究中应用价值突出。转录组学在针灸干预疾病的机制研究中也是一门重要技术。如针灸治疗疼痛、抑郁、帕金森、高血压、胃肠疾病等机制研究中都有转录组学的身影。转录组学各组小鼠于造模后第10天开始进行电针干预，将电针组小鼠放入小动物麻醉机系统诱导麻醉，随后将电针小鼠置于麻醉面罩维持麻醉状态，选取小鼠足三里、三阴交二穴进行针刺，两个穴位连接电针仪的一对电极，每次20分，每天1次，连续电针12天，直至造模后第21天。结论：电针足三里，三阴交可以有效提升模型小鼠机械性疼痛阈值、显著改善抑郁样行为。在对BLA脑区的转录组学测序我们发现，电针可能通过调节细胞因子、神经活性的配体受体表达等途径抑制神经炎症；通过调节神经肽类通路、离子通道的表达调整特定神经元兴奋/抑制平衡，进而缓解癌痛及其诱发的抑郁样负性情绪，实现癌痛的多维度调节。《针刺研究》网络首发论文骨癌痛模型小鼠与假手术小鼠股骨HE染色比较表明电针治疗对于模型小鼠疼痛的缓解作用电针干预后，小鼠的糖水偏好比例显著提升提示电针同时具备抗抑郁的疗效。各组小鼠BLA脑区表达水平比较转录组学的应用实例蛋白质组学是以蛋白质组为研究对象，研究细胞、组织或生物体蛋白质组成及其变化规律的科学。其基本原理是蛋白质组学本质上指的是在大规模水平上研究蛋白质的特征，包括蛋白质的表达水平、翻译后的修饰、蛋白与蛋白相互作用等，由此获得蛋白质水平上的关于疾病发生、细胞代谢等过程的整体而全面的认识。从蛋白质入手，将能更加直观的揭示生命活动本质，同样，从蛋白质角度，也将是研究针灸作用机制的最佳途径之一。蛋白质组学无疑是进行蛋白质整体研究的最佳载体，其能从整体、动态、网络水平上全面反映针灸作用的蛋白质响应特点及特征，能有效的阐释针灸作用的蛋白质效应机制。蛋白质组学针灸临床杂志2023年第39卷第9期选取百会穴，平补平泻手法快速捻转1分钟，留针1h，针刺1次/d。空白组和模型组仅给予常规抓取。干预周期为3周。本研究Morris水迷宫结果也显示，经过3周针刺百会穴干预后，与模型组相比较，针刺组大鼠的学习记忆能力明显提高。从电镜结果观察也发现，针刺能够明显改善学习记忆障碍大鼠海马组织内环境，维护海马组织神经元结构的完整性，减轻线粒体肿胀，促使突触数量增多。学习记忆障碍的发生涉及多个生物过程和信号转导通路，经过针刺干预后可使大部分差异表达蛋白的表达量趋于空白组，说明针刺能够通过调控与学习记忆相关的蛋白改善学习记忆能力。各组大鼠海马组织超微结构(1500×)其中模型组较空白组显著性上调，而针刺干预治疗后显著下调的差异蛋白数量为22个;模型组较空白组显著性下调，而针刺干预治疗后显著上调的差异蛋白数量为19个。蛋白质组学的应用实例代谢组学是研究代谢组，即在某一时刻细胞内所有代谢物的集合的一门学科。其基本原理是对某一生物或细胞在一特定生理时期内所有低分子量代谢产物同时进行定性和定量分析。近年来代谢组学技术的引入为针灸作用机制研究提供了新的思路与方法。针灸的作用机制研究是通过分析针灸治疗前后的代谢产物差异，寻找出针灸干预所调控的代谢通路，以点连线，以线带面，从而构建出针灸调控的代谢网络，全面深入地揭示针灸调节机体代谢层面的作用机制。代谢组学技术在针灸调节机体代谢功能研究中的应用主要有针灸调节能量代谢、脂类代谢、氨基酸代谢及针灸对多个代谢通路的综合调节4个方面。代谢组学环球中医药2024年3月第17卷第3期A对照组B模型组C针灸组针灸组大鼠在每日造模前,穿上鼠衣,采用针灸干预内关，足三里，关元。大鼠结肠组织病理学情况镜下观察可见对照组大鼠结肠黏膜层有少量炎症浸润,腺体数量丰富,轻微损伤;模型组大，局部可见明显腺体损伤,同时可见较多细胞核固缩胞体消失,空洞明显;针灸组大鼠结肠有较多炎症细胞浸润于黏膜层顶端,少量腺体损伤。本研究发现三组对比相同的差异代谢物中除曲二糖之外,其他代谢物在模型组与针灸组的趋势相反。说明针灸能够通过调节肉碱C13:0、肉碱C7:DC、L-苯丙氨酸-L-亮氨酸、环(酪氨酸-亮氨酸)、甘油2-磷酸的水平,发挥抗炎的作用。A对照组与模型组比较差异代谢物KEGG富集图;B模型组与针灸组比较差异代谢物KEGG富集图。代谢组学的应用实例表型组学是研究表型组，即研究某一生物的全部性状特征的学科。其基本原理在基因组水平上系统研究某一生物或细胞在各种不同环境条件下所有表型。中医学是基于“整体观”的复杂系统医学，这与表型组学研究的思想非常相近，目前已经开展的中医表型组学研究成为研究的热点。表型组学可助力解码中医体质的生物学基础，为阐明中医体质学理论的科学意义、助力中医体质科研成果转化、推广中医体质学指导的临床实践提供科学研究平台。表型组学系统生物学发展概况第三章1新药研究2个体化医疗3基因组学与疾病研究4肿瘤研究5代谢网络分析6药物副作用检测7癌症研究8药物开发与个体化治疗9组学数据分析10虚拟病理学模拟11疾病诊断与治疗系统生物学技术临床应用

国外的文献还显示系统生物学技术还用于探索微生物群的影响。最近的一些研究通过模拟和预测肠道微生物群的相互作用及其对宿主的影响，揭示了微生物群调节宿主的氨基酸和谷胱甘肽代谢。这些令人兴奋的研究显示了系统生物学在医学领域的巨大潜力。MINIREVIEWarticleFront.Physiol.,07January2016Sec.SystemsBiologyArchive.ApplicationsofGenome-ScaleMetabolicModelsinBiotechnologyandSystemsMedicine系统生物学已经在医学获得广泛应用1.系统生物学的灵魂是整合。第一个整合是系统内不同性质的构成要素的整合;第二个整合是基因到细胞、到组织、到器官、到个体的各个层次的整合;第三个整合是研究思路与方法的整合;第四个整合是学科的整合。通过已知的事物推测未知的事物，将已知跟未知不断地结合,让更多未知变成已知。2.系统生物学的基础是信息。从系统生物学角度思考,所有生命系统都贯穿着信息流,人体亦不除外。3.系统生物学的钥匙系统生物学的钥匙是干涉。如在研究湿热证型的组学特征时,常运用清湿热的中药进行干预，通过比较清湿热前后的组学变化，分析清湿热对哪些基因、蛋白质以及代谢物质产生了影响,就能了解清湿热的机制。中国中西医结合杂志2019年12月第39卷第12期CJITWM，December2019，Vol.39，No.12系统生物学-中西医结合的桥梁1.系统生物学有助于为