Biomolecular feedback systems

生物分子反馈系统

编 者：Domitila Del Vecchio

Richard M. Murray

出 版 社：Princeton university press

索 书 号：Q111/D367/2015/Y

藏书地点：武大外教中心

系统生物学是生命科学中的一个新兴研究领域，旨在系统水平理解生物系统。它借助和发展多学科交叉的新技术方法，从系统水平研究生命功能系统中所有组成成分的系统行为、相互联系及动力学特性，进而揭示生命系统控制与设计的基本规律。其实，在系统水平上研究生物系统并不是一个新的概念。它可以追溯到由Canon于1933年提出的体内平衡，由Weiner于1948年提出的控制论，以及由Bertalanffy于1968年提出的一般系统理论。同样，在生理学方面一些生物主题也采用了系统的观点。虽然不是第一次提出从系统层次了解生命系统，但系统生物学是第一次有可能整合从分子到系统水平的所有信息去系统地了解生命。可以说，系统生物学的提出得益于多学科的交叉。以工程和计算机为代表的多学科在生物学领域中的融合极大推进了高通量实验技术的广泛应用，使得可以对基因产物特性和功能进行研究。系统生物学和人类基因组计划也有着密切的关系，正是在基因组学、蛋白质组学等新型科学发展的基础上孕育了系统生物学。因此，从狭义上讲，系统生物学是基于基因组学、蛋白质组学等核心的实验技术，通过多学科交叉从整体水平分析和计算模拟复杂生命现象，并最终通过设计和改造来控制生命系统的一个研究领域。有机体可以看作是一个巨大的非线性生化反应系统，该系统可以表示为包括基因、RNAs、蛋白质、代谢产物在内的生物分子的相互作用，从而形成不同层面和不同组织形式的生物分子网络。生物分子网络可以简单地表示成由节点和边构成的有向图。目前，常见的生物分子网络包括基因调控网络、生物代谢网络、信号传导网络及蛋白质相互作用网络。基因调控网路是指DNA、mRNA、蛋白质和一些小分子，以及它们之间的相互作用构成的复杂系统。所有生物在生长发育和分化过程中，以及在对外部环境的反应中，其内部的细胞都会不停地调整它的基因表达水平，使得各种相关基因有条不紊地表达。代谢网络是指由代谢反应以及调节这些反应的调控机制所组成的描述细胞内代谢和生理过程的网络。信号传导网络是指参与信号传导通路的分子和酶以及其间所发生的生化反应所构成的网络。蛋白质相互作用网络是指蛋白质彼此之间的相互作用构成的网络。

本书共由八章内容组成。第一章对生物分子反馈系统的入门概念进行了介绍，包括系统生物学、细胞作为一个系统、管理及动力学系统的工具、输入和输出建模等多个方面。第二章阐述的是核心过程的动态建模，包括化学反应的建模、转录和翻译、转录调控、转录后调控等。作者在第三章描述的是动态行为的分析，接近平衡的分析、鲁棒性、震荡行为等多方面内容都涵盖其中。第四章的主题是随机建模和分析，包括生物化学系统的随机建模、随机系统的模拟、输入及输出的线性随机系统等多个方面。第五章描述的是生物回路元件，生物回路设计的介绍、负的自动调节、拨动开关等内容都涵盖其中。第六章对互联组分进行了介绍，包括输入及输出建模及模块化的假设、反作用简介、基因通路中的反作用等多个方面。作者在第七章详细描述了设计中的权衡，主要包括共享细胞资源的竞争及随机效应两方面。

系统生物学是当前最热门也最难以把握的生物学新兴研究领域，是一门设计多领域的交叉学科，其目标在于从系统水平理解生物系统。本书作者详细论述了生物分子反馈系统，包括核心过程的动态建模、动态行为的分析、随机建模和分析、生物回路元件、互联组分、设计权衡等。本书内容针对性比较强，比较适合从事生物分子反馈系统的研究人员和学生阅读参考。

本书目录

前言

第一章 入门概念

第二章 核心过程的动态建模

第三章 动态行为的分析

第四章 随机建模和分析

第五章 生物回路元件

第六章 互联组分

第七章 设计权衡

参考书目

索引

（郑银珍）