Systems Biology——Modeling, Analysis, and Simulation
系统生物学——建模、分析和仿真
作者：Alexis White
出版：Wiley Press
索书号：Q111/S995w/2019/ Y
ISBN: 978-1-68286-667-2
藏书地点:武大外教中心
在这一章中，我们简要介绍了生物背景。我们总结了生命的基本特征，从信息、能量和物质的角度来看。遗传和表观遗传信息在不同尺度上指导着生物行为，包括细胞内分子相互作用、细胞的出生和死亡过程、细胞间通信、组织生长和认知行为。能量在所有生命活动中都是必需的，以维持生命的持续形式和信息的传递。遗传信息被编码为四个数字序列，即DNA序列，对遗传信息的读取受到精细控制，以便使每个基因在适当的位置和适当的时间表达。除了遗传信息外，表观遗传学形成了第二个遗传密码。它可以在细胞再生过程中动态改变，并在基因表达控制中起着重要作用。中心法则是将DNA中的信息转化为蛋白质，这些蛋白质在细胞中执行特定的功能。此外，遗传信息的变异和选择构成了所有已知生物的进化基础。
我们在系统生物学的背景下描述了过程代数及相关分析方法的发展。我们介绍了在生物学环境中应用这一类形式主义的基本概念，提供了相关的生物化学和细胞生物学概念，并讨论了定性和定量方法。我们选择了 -演算作为代表性的过程代数，以便提供建模示例，并澄清过程代数方法与将细胞通路建模为一组化学反应的传统方法之间的关系。
在本章中，我们介绍了Kappa，一种基于位点图重写的语言。作为一个现实的案例研究，我们对受TGFB1蛋白影响的肝星状细胞群体进行了建模。Kappa提供了一种以规则为中心的方法，灵感来自化学，在这种方法中，交互规则局部修改了作为组件图的系统状态，这些组件可以连接也可以不连接。在这个案例研究中，组件将是处于不同状态的肝星状细胞的出现以及TGFB1蛋白的出现。蛋白质TGFB1诱导肝星状细胞的不同行为，从而促进组织修复或纤维化。更好地理解涉及这些过程的机制的整体行为是识别可能促进纤维化解决而不是其进展的标志物和治疗靶点的关键问题。
Pathway Logic是一个正式的、基于规则的系统和一个交互式查看器，用于开发细胞过程的可执行模型，包括一个经过策划的证据知识库和供用户评估的多样化模型集合。本章介绍了Pathway Logic表示系统以及Pathway Logic助手使用的算法。概述讨论了重写逻辑及其在Maude系统中的实现，这是Pathway Logic的形式基础。本章的其他部分介绍了信号响应网络STM8集合，提供了策划过程的概述以及如何推断规则，并使用Lps（脂多糖）和细胞死亡模型说明了Pathway Logic的实用性。
在本章中，作者讨论了一系列形式工具，集体驱使它们进入混合自动机的领域。自动机在计算机科学中有着悠久而丰富的历史，并且它们已经以各种方式被用来形式化许多基本和自然的概念。作者介绍了一阶语言和理论，并报道了一些关于它们的可决定性结果。他们还讨论了有限状态自动机简单形式主义的可能用途。模拟现实世界系统的一种可能方式是将它们演变的所有数量化部分抽象化，并且专注于它们产生的离散事件序列，这些事件导致了某种结果。作者将注意力集中在使用混合自动机来模拟相当“简单”的生物系统上。他们还介绍了讨论的最后两个“要素”：时间和不确定性。简单的有限状态自动机模型的初始时间瞬间由事件的发生来定义。
系统生物学主要涉及以下内容：生物背景，包括信息、能量和物质在生命系统中的作用，以及遗传和表观遗传信息在生物行为中的重要性；Petri 网络在系统生物学建模和分析中的应用，进程代数在系统生物学中的应用，以及基于规则的模型方法的介绍；通路逻辑在实验基础信号响应网络的筛选和分析中的应用；布尔网络及其动力学，以及更新对模型的影响；使用答案集编程分析生物网络的长期动态性；混合自动机在系统生物学中的应用；普通微分方程在系统生物学中的应用；用于精密医学的网络建模方法的讨论；以及对系统生物学的主要内容和未来发展进行总结和展望。
《系统生物学——建模、分析和仿真》一书于2019年由Wiley Press出版，作者是Alexis White。
《系统生物学——建模、分析和仿真》一书中，研究人员介绍了系统生物学的基本概念，重点是最近的技术发展，讨论的主题主要包括十一个章节。《系统生物学——建模、分析和仿真》一书从各个方面讲解了系统生物学的基础内容和研究方法，旨在为想要进一步研究系统生物学的研究人员提供简明易懂的介绍以及方法技术指导。
《系统生物学——建模、分析和仿真》一书作为系统生物学专业研究读物，观点新颖独到，内容饱满详实、语言浅显易懂，除此之外，还包括一些其他的特点：
1、本书分为十一个章节，既讲解了系统生物学的基础知识，还讲解了深入研究系统生物学的应用范围，是一本应用性很强的书籍，对于想要学习研究系统生物学的研究人员来说是一本很有意义的指导书籍。
2、每个章节都是由相关领域的专业人士所撰写，因此，本书讲解既详细又专业，读者能够从中了解到系统生物学相关的专业知识以及最新的前沿进展。
总的说来，《系统生物学——建模、分析和仿真》一书为想要了解系统生物学的研究方法的人员提供了清晰的导读路径，作为系统生物学领域的一本前沿研究图书，是一本值得为想要涉足该领域的人员推荐的专业书籍。
关于作者：
本书目录：
第1-14页
Elisabetta De Maria
第2章
Petri网用于系统生物学建模与分析（第15-34页）
刘飞，松野浩，莫妮卡·海纳
第3章
系统生物学中的过程代数（第35-67页）
保罗·米拉佐
第4章
基于规则的模型方法：一种用于TGFB1激活肝星状细胞的Kappa模型（第69-126页）
马修·布古尼翁，皮埃尔·布蒂耶，杰罗姆·费雷特，奥克塔夫·哈扎德，娜塔莉·泰瑞
第5章
通路逻辑：基于实验的信号响应网络的整理与分析（第127-171页）
梅里尔·克纳普，基思·拉德路特，卡罗琳·塔尔科特
第6章
布尔网络及其动力学：更新的影响（第173-250页）
洛伊克·保莱维，西尔万·塞内
第7章
用答案集编程分析生物网络的长期动态（第251-303页）
艾姆娜·本·阿卜杜拉，马克西姆·福尔舍特，摩根·马格宁
第8章
系统生物学中的混合自动机（第305-338页）
阿尔贝托·卡萨格兰德，拉法埃拉·詹蒂利尼，卡拉·皮亚扎，阿尔贝托·波利克里蒂
第9章
卡勒·帕尔维宁：常微分方程（第339-361页）
卡勒·帕尔维宁
第10章
精准医学的网络建模方法（第363-423页）
埃里奥·努希，维克托-博格丹·波佩斯库，何塞-安赫尔·桑切斯·马丁，塞尔吉乌·伊万诺夫，尤金·切茨勒，伊恩·佩特尔
第11章
结论（第425-426页）
林岚 武汉大学生命科学学院 博士研究生