Systems Biology：International Research and
Development
作者：Marvin Cassman, Adam Arkin, Frank
Doyle, Fumiaki Katagiri, Douglas Lauffenburger, Cynthia Stokes
出版：Springer
索书号：Q111/S995n/2007/Y
ISBN: 978-1-4020-5467-9
藏书地点：武大外教中心
在过去的五到七年中，系统生物学已经成为一股主要力量。与科学的所有新发展一样，新方法的出现是现有模型局限性的结果，在这种情况下是分子生物学的局限性。在过去的40年里，预测表型的范式集中在单基因缺陷上。这种异常强大的方法已经成为理解单个基因和蛋白质功能的主要贡献者。它似乎不太可能产生对复杂生物行为的理解，从单个细胞活动(如运动)到器官系统的运作和整合。
目前关于生物过程的教科书形象是一个由松散联系、高度详细的分子装置组成的静态模型。然而，每个生物学家都知道动态过程驱动生物学。生理学家沃尔特·坎农(Walter Cannon)在1932年创造了“内稳态”(homeostasis)一词，对这一概念作了清晰的阐述。当代对稳态系统的一个定义是“一个开放的系统，通过由相互依赖的调节机制严格控制的多种动态平衡来维持其结构和功能”。这种描述巧妙地封装了系统生物学中的几个关键问题-动态过程，相互依赖的调节控制，以及多个相互作用组件的操作。大多数现代生物学无法将这些行为考虑在内，这当然是为什么尽管生物学家对复杂生物过程的功能和故障仍然知之甚少的一个主要原因，尽管生物学家对这些过程的了解越来越详细这些过程的组成部分。
尽管无法就系统生物学的定义达成共识，但所有这些兴趣都已出现。几乎所有定义中出现的元素都是“网络”、“计算”、“建模”，通常还有“动态属性”。系统生物学的动态方面，需要利用与实验紧密相连的数学建模，这涉及到各种方法，例如网络的识别和验证、适当数据集的创建、数据采集和软件开发工具的开发，以及与实验密切相关的建模和仿真软件的使用，通常是为了了解动态过程。当然，这个定义在边缘处变得模棱两可，但核心是对网络的关注，这使得目标很明确，即理解系统的操作，而不是组成部分。
系统生物学和WTEC研究小组定义的系统生物学的区分在于，系统生物学可以被认为是大规模、高通量的特定数据集及其组织和解释的收集，通常通过应用先进的生物信息学工具。显然，这是系统生物学的一个边界，因为数据集可以用于系统分析。尽管这两种最近才出现的理解生物学的方法密切相关，并且几乎是在同一时间框架内发展起来的，但它们却截然不同。系统生物学是基因组计划取得巨大成功的结果，也是个体分子事件数据高通量收集和分析新技术发展的结果。在这方面，它是20世纪下半叶生物学的主要驱动力分子生物学/遗传学的直系后裔。相比之下，系统生物学有一个更古老的谱系，可以被认为是计算生理学的一个变体，其中一个例子是1952年的霍奇金斯-赫胥黎方程。最近的方法包括20世纪70年代代谢控制分析的发展和详细的基于解剖和分子的心功能模型。这些方法以及系统生物学，与早期系统建模的尝试不同，因为它们包含了详细的分子知识说了这么多，必须强调的是，系统生物学仍然是一个非常新的领域。虽然个别研究人员多年来一直在使用定量方法研究生物网络的特性，但直到最近，这种方法还很少，相对孤立，并且在很大程度上被忽视。在某种程度上，这是由于长期以来对建模和模拟的偏见，尤其是在细胞生物学方面。这种偏见并非完全不合理，因为许多建模方法与实验几乎没有联系，因此很少告诉生物学家他们想知道的东西。相比之下，计算和建模与实验的密切联系使现代系统生物学与众不同。这将在接下来的章节中经常重复。
《系统生物学：国际研究与发展》一书于2007年由Springer出版，作者是Marvin Cassman, Adam Arkin, Frank
Doyle, Fumiaki Katagiri, Douglas Lauffenburger和 Cynthia
Stokes。本书可以说是一个报告，涵盖了广泛的信息，摘要由主席Marvin Cassman根据所有小组成员的意见编写。本报告正文各章节按子学科介绍了小组在分析组织中的调查结果，附录A提供了小组成员的传记，附录B和C包含了小组对欧洲和日本每个访问地点的单独报告，这些报告形成了大部分材料的时间或地理组织。为了建立一个比较基准，举行了一个报告美国研究的研讨会，研讨会的摘要见附录D。最后，术语表见附录E。这个项目的所有产品都可以在http://www.wtec.org上获得。本报告的全彩电子版本对于查看某些数字特别有用。
总的来说，本书中的系统生物学为被定义为对生物网络行为的理解，特别是它们的动态方面，需要利用与实验紧密联系的数学建模。这涉及各种方法，例如网络的识别和验证，适当数据集的创建，数据采集和软件开发工具的开发，以及与实验密切联系的建模和仿真软件的使用。所有这些都在本卷中进行了讨论。当然，定义在边缘变得模糊，但核心是对网络的关注，这使得目标明确是理解系统的操作，而不是组成部分。结论是，美国目前在系统生物学方面领先于世界其他国家，这主要是因为资助组织和研究机构的早期投资。这反映在大量活跃的研究小组和教育项目，以及多样化和不断增长的资金基础上。然而，有证据表明，在美国以外的地区，智能手机的发展迅速，其中大部分是在过去两到三年开始的。然而，总体而言，这是一个处于爆炸式增长早期阶段的活跃领域。本书面向学术研究人员、政府研究机构代表和研究生。
本书目录：
前言
目录
图片表
表格一览表
序
1. 高度摘要及简介
Marvin Cassman
背景
WTEC研究的目标
小组成员
研究范围
研究计划
主要研究结果
参考文献
2. 数据和数据库
Fumiaki Katagiri, Adam Arkin
简介
美国的研究活动
欧洲的研究活动
日本的研究活动
建模和数据收集
参考文献
3.网络推理
Frank Doyle, Douglas Lauffenburger
简介
网络推理与模型结构
验证、迭代、鉴别和可识别性
回归
比较欧洲、日本和美国的效果
总结
参考文献
4. 建模与网络组织
Cynthia Stokes, Adam Arkin
简介
全球工作概况
行业的兴趣和参与
基础设施支持建模和网络组织分析
需求及建议
主要调查结果
摘要
参考文献
5. 植物研究中的系统生物学
Fumiaki Katagiri
简介
代谢网络
发育过程中的调节网络
结束语
参考文献
6. 系统生物学的教育、国家计划和基础设施
Marvin Cassman, Douglas Lauffenburger, Frank Doyle
简介
教育
国家系统生物学支持计划
基础设施
参考文献
附录
A.专家简介
B.站点报告-欧洲
剑桥大学
欧洲生物信息学研究所
欧洲委员会(欧委会)
德国癌症研究中心
洪堡大学
马克斯·普朗克分子遗传学研究所
马克斯·普朗克分子植物生理学研究所
牛津布鲁克斯大学
牛津大学数学生物学中心/数学研究所
牛津大学生理学系
谢菲尔德大学
SystemsX -瑞士的一个新系统生物学研究所
伦敦大学学院
布鲁塞尔自由大学
华威大学
阿姆斯特丹自由大学
C.现场报告——日本
计算生物学研究中心(CRRC)
日本生物信息研究中心(JBIRC)
Kazusa DNA研究所(KDRI)
庆应大学高级生物科学研究所(IAB)
北野共生系统项目
京都大学生物资讯中心
京都大学，细胞/生物动力学模拟项目
理研横滨研究所
东京医科和牙科大学
东京大学计算生物学系
东京大学医学部
东京大学系统生物学与医学实验室
D. 美国研讨会摘要，2004年6月4日
总结
术语表
邹娟 武大生科院 博士研究生