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系统生物学与系统生物工程

已有 1806 次阅读 2015-5-9 22:24 |个人分类:系统生物学|系统分类:科普集锦| 科学历史哲学与方法论

20世纪60年代,贝塔朗菲提出理论生物学和系统论、数学方法的开放生物系统研究,Mesarovic M.发展了数学系统论和提出系统生物学(systems biology)词汇*1910Leduc S.提出合成生物学词汇和化学合成生物形态的概念,2000Kool E.发表XDNA人工合成和重新提出合成生物学。

1992BJ.Zeng提出系统医药学概念和词汇,1994年提出细胞仿生工程、禽类输卵管生物反应器(oviduct bioreactor)和系统生物工程与系统遗传学概念。论述了神经-内分泌与免疫调控机能整合,以及代谢(消化-呼吸与泌尿)、循环系统等器官平衡稳态的图论和拓扑学模型,即分子相互作用超循环 - 细胞发生周期与通讯调控 - 代谢器官相互作用和生理稳态调控等层次的时间节律与形态转换振荡子(oscillator)模型。

1996年在第一届国际转基因动物学术研讨会BJ.Zeng阐述了生物系统论(biosystem theory)和系统生物工程,1999年在德国**建立系统生物科学与工程(genbrain biosystem network)网站(10Nature12Kybernetes等),论述生物系统与人工生物系统的结构理论(biosystem network)和理论与实验、计算与工程方法的系统生物科学与工程,从分子、细胞到器官等层面的实证(positive)分析与系统综合(synthetic)研究,以及基因组智能(genomic intelligence的人工设计和编程、转基因(transgenics)与仿生学的细胞通讯分子电路设计概念图等。

2001O.WolkenhauerL.HoodH.Kitano等分别从系统论和数学方法、组学高通量实验与生物信息或计算机模型(软件)等论述生物系统研究,AP.Arkin发表合成细胞生物学的工程设计方法。

2003年国际形成理论和实验(omics)、计算(in silico)方法研究生物系统的系统生物学概念共识,2003-2005D.EndyT.Knight等论述工程方法和设计人工生物系统的合成生物学 - 即系统生物工程研究。

系统方法(systems approach)、系统实验(systematic experiments)测量和系统模型(biosystem models)的生物系统研究,涉及多学科交叉与技术综合,包括:

1)理论或数学生物学,系统理论和数学方程,如,MA.SavageauE.Voit的生物化学系统论,R.Rosen(与Mesarovic M.编辑1968年会议论文集)、DB.KellO.Wolkenhauer等数学生物学;

2)计算(in silico)生物学或生物信息学,计算机(simulation)模型方法和辅助设计,如,北野宏明(H.Kitano)的计算系统生物学和软件,M.Tomitae-cell模型,D.Nobel对心脏计算机建模等;

3)实验或技术生物学,化学生物学和组学(omics)生物技术,包括,mRNA差异基因表达分析***、生物芯片(micro-arraysmicro-fluidics)等,如,胡德(Hood)和T.Ideker的组学实验方法和数据分析,R.Aebersold蛋白质组学、G.Church的芯片技术和系统(systematic)测量;

4)工程与合成生物学,工程方法的人工设计、纳米生物技术,基因工程与DNA合成技术等,J.CollinsSA.BennerT.Knight的分子模块设计与合成,以及van OudenaardenJ.Nielsen的细胞工厂概念等;

5)网络或物理生物学,分子网络代谢反应、信号传导、基因调控和细胞通讯 - 神经-内分泌、免疫网络到生态系统等层次等,复杂系统网络的图论、拓扑学分析等方法,如,T.PawsonB.PalssonS.LeiblerA-L.Barabási等,最早是70年代的免疫网络理论研究。

注:

*1968年到1993年几十年只有2次出现系统生物学,而且,属于理论和数学生物学概念,系统生物学是理论与技术方法的结合,测序是分子生物学而构成技术的一个方面,整体大于部分之和。

**莱布尼兹生活和工作近40年的所在城市汉诺威。

***表达谱的组学起于1992P.Liang的差异显示分析技术,而遗传与生理方法和差异显示分析与生物信息结合方法的生物系统研究,则始于1992年和1994年的系统医药学与系统生物工程等概念和方法。

另外有关科学与技术革命,社会需求是技术变革的力量之说,涉及2方面,如市场需求与引领市场,难以解释基础科学导致技术应用,也难以解释的一些社会现象,如哥白尼和伽利略。

-2011-2015年网络日记)-



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1 陈楷翰

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