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系统生物学 - 历史研究

已有 1675 次阅读 2012-12-17 14:18 |个人分类:2012|系统分类:科研笔记| 系统生物学, 合成生物学

纪念Rosen R. - 系统生物学的奠基人,或与贝塔朗菲、Mesarovic M.为共同创始人。

http://en.wikipedia.org/wiki/Robert_Rosen_(theoretical_biologist)

国际系统与合成生物学界,包括世纪之交第1批科学家共识为:系统生物学在21世纪是从分子细胞层面和分子生物技术和计算生物技术方法重新提出的生物系统研究,而合成生物学是在系统生物学的工程方法层面的人工生物系统研究。

Sauro H.M.说:“The analysis of networks, regulation, and how the thing works from a whole system point of view has been around for many years. Traditionally, the topic has never been popular because it requires math and computational skills that have never been strong in the biology community,”(http://pubs.acs.org/cen/coverstory/8120/8120biology.html);

Brenner S.说:“So the first requirement will be for a theoretical framework in which to embed all the detailed knowledge we have accumulated, to allow us to compute outcomes of the complex interactions and to start to understand the dynamics of the system. The second will be to make parallel measurements of the behaviour of many components during the execution by the cell of an integrated action in order to test whether the theory is right. Is there some other approach? If I knew it I would be doing it, and not writing about the problem.”(http://dbkgroup.org/sysbio.htm)。

90年代未到21世纪初,曾邦哲在国际上倡导实验与理论结合研究生物系统时在理论(结构论)上引用了Rosen R.等,在实验上提到了Brenner S.等,在方法上为计算生物信息技术和基因分子生物技术等。

1   贝塔朗菲提出系统论和数学方法研究生物系统的理论生物学,Mesarovic M.发展了数学系统论和1968年系统论与生物学国际会议提出系统生物学(systems biology)词汇,1993Zieglgansberger W Tolle TR提出用于神经疾病研究,Kell DB.Voit E.Wolkenhauer O.等都是系统生物学的数学生物学研究的典型代表。

2   50年代国际上最早提出的是系统心理学(systems psychology),然后是60年代的系统生态学(systems ecology)和70年代的系统生理学(systems physiology),但这些都是在生态系统、器官系统和神经-内分泌系统、免疫网络等层面的生物控制论、系统论和动物通讯行为等数学模型研究。

3  70年代的分子动力学和耗散系统热力学等和生物化学系统论、代谢系统控制论和生物信息分子进化超循环论等层次的研究,而在80年代开展了计算机建模和举办了国际会议 - 即,目前称之第1届国际分子系统生物学会议,或计算系统生物学(Kitano2002年提出的词汇),Nobel D.的心脏计算机模型是典型代表。

4  80年代中国的系统科学、科学哲学研究和中医药现代化研究过程中,曾邦哲(曾杰)从生物进化论、形态发生场到系统论、系统科学理论而形成综合的结构论,阅读到Rosen R.(和Mesarovic M.编辑出版1968年会议论文集)的理论生物学论文和系统生态学、系统生理学译著,同时在系统科学和中医药比较研究中展开了拓扑学、图论等数学研究,从而在90年代提出系统医药学、系统生物工程和系统遗传学概念和词汇。

5  90年代代谢系统理论和代谢工程、细胞分子系统的信号传导和基因调控网络等研究发展;同时,差异基因表达分析、组学(omics)生物芯片高通量技术和生物信息学分析细胞信号传导的软件模型(Tomita M.e-cell)等计算生物技术建立,如Nielsen J.的细胞工厂概念和代谢工程、Church G.的芯片技术和systematic数据测定等

6  曾邦哲组织1996年国际转基因动物学术研讨会和1999年筹备系统生物科学与工程(及偶合与转化关系)国际协会和会议 - 及国际第1个网站(biosystem network)和细胞通讯电子线路概念图,大规模通过email和互联网媒体发布理论和实验、计算与工程结合的从分子、细胞到器官等层次的生物系统与人工生物系统研究,以及生物系统论和系统生物工程概念,通信涉及到系统科学、计算机科学、人工智能、纳米化学和生物医学工程等诸多领域。

7  2000Hood L.(在2003年提出纳米系统生物学词汇和4P医学)和Aebersold R.等建立西雅图系统生物学研究所,Kitano H.Tomita M.等举办东京系统生物学国际会议。在1910Leduc S.提出合成生物学词汇,70年代Szybalski W.和1980Hobom B.表述为基因重组概念,Kool E.2000XDNA人工合成重新提出合成生物学词汇 - 但为生物分子化学合成的概念,到2003年之后转变为人工生物系统的工程研究等。

8  1999-2001年进入系统与合成生物学研究体系的国际科学家是平行发表论文,如Collins J.Leibler S.Palsson B.van OudenaardenKnight T.,之后才探讨形成共识的概念,2001Wolkenhauer O.(系统论和数学)、Hood L.Ideker T.(组学Omics生物技术)、Kitano H.2000年论文集和in silico模型方法)和Arkin A.P.(细胞合成工程设计)等分别发表系统生物学论文等。胡德及其研究所论述的交叉学科概念是生物仪器开发,北野宏明的理论4个方面  系统的结构、调控和稳定、建构的设计是曾邦哲的结构论3条规律的展开论述。

9  2003-2005Collins J.Knight T.Endy D等论述合成生物学的工程方法和人工生物系统研究,以及bio-brick方法等,组织iGEM竞赛和合成生物学国际会议等。国际系统生物学界的讨论,终于形成系统理论和实验、计算与工程方法的生物系统与人工生物系统研究和交叉学科的系统与合成生物学概念 - 国际研究机构必然描述的是这个定义。

10 2003年曾邦哲在第19届国际遗传学大会重新论述1996年国际转基因动物学术研讨会讲演)系统遗传学及细胞动力学等,加州贝克利合成生物学系、挪威整合遗传学研究中心等建立,2005Cambien F.Tiret L.发表系统遗传学论文等。2005-2008Kitano H.Ideker T.说到系统生物学在分子生物学层面的重新提出,2007-2008Kell DB.Benner S.论述系统与合成生物学是结构建模和结构论的方法。

112003-2008年国际、国内系统与合成生物学、系统遗传学、系统医学和系统生物工程等研究机构纷纷建立,2008年整合与系统遗传学会议、2012年系统医学国际会议等举办,以及理论(数学)、组学(生物仪器和Omics技术)、计算(软件和信息技术)、工程(合成)和网络(生物系统)生物学等5个学派形成等。

1991年曾邦哲发表系统科学、人工智能与基因工程结合的太阳能生物电子技术(SBE - 1994年为系统生物工程)概念,1999年筹备系统生物科学与工程国际协会与会议到2007年瑞士成立D-BSSE研究中心,历经16年整。

2011-2012年研究总结,初稿,未经许可不可转载)



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2 许培扬 曹聪

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