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系统生物学

指数 系统生物学

系统生物学(Systems biology),是一个试图整合不同层次信息以理解生物系统如何行使功能的学术领域。通过研究某生物系统各不同部分之间的相互关系和相互作用(例如,与细胞信号传送、代谢通路、细胞器、细胞、生理系统与生物等相关的基因和蛋白网络),系统生物学期望最终能够建立整个系统的可理解模型。系统生物学大量使用数学的和计算技术的模型。 特别是从2000年开始,这个概念在各种环境下被广泛用于生物学。人类基因组计划是生物学中应用系统思维的一个例子,它导致新的合作的方式来处理在遗传学生物学领域的问题。系统生物学的目标之一是模拟和发现涌现的特性,细胞的,组织的和生物体的特性,作为一个系统,其理论描述只能用系统生物学的技术进行。这些通常涉及代谢网络或细胞信号传送网络。 系统生物学开始于对基因和蛋白质的研究,该研究使用高通量技术来测定某物种在给定条件干涉下基因组和蛋白质组的变化。研究基因组的高通量技术包括用来测定mRNA变化的生物芯片技术。高通量蛋白质组学方法包括质谱,该技术用于鉴定蛋白质,检测蛋白修饰和量化蛋白质表达水平。.

28 关系: 合成生物学工程物理學上海科技大学中心法則人造生命代谢物组学國際生物奧林匹克刘易斯·坎特利神经信息学科学大纲精密科學系统生物学标记语言系統藥理學糖组学组学细胞信号传送生物学生物信息学生物医学生物分类学生物物理学药理学近鄰結合法脂类组学蛋白质组学洛特卡-沃爾泰拉方程清华大学周培源应用数学研究中心方塊圖

合成生物学

合成生物學(synthetic biology)是將生物科學應用到日常生活中的一種嶄新方式。英國倫敦的皇家科學院(Royal Society)認為:合成生物學結合了其他領域的知識與工具,涉及的領域包括系統生物學、基因工程、機械工程、機電工程、資訊理論、物理學、納米技術及電腦模擬等等。 目前,合成生物學已在多個行業落實應用,例如農業、能源、製造業及醫學等等。.

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工程物理學

工程物理學或工程科學指的是結合物理學、數學以及各類工程學科(電腦工程、電子工程、材料工程或機械工程)的綜合學科。藉由立足於嚴謹的科學方法上,該學門鑽研如何尋找和發展工程問題上的新方法。在許多國家,工程物理學學位被視為是學術學位所獎勵。它可以被當成大學等級的學程,但也時常因其廣泛的學科範圍和嚴謹的修業課程而被規劃為榮譽學位。.

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上海科技大学

上海科技大学(ShanghaiTech University,缩写作ShanghaiTech;筹建时曾用名:上海高等研究大学),简称上科大,是主校区位于上海市浦东新区张江高科技园区·中区的一所以理工科为主的公立普通高等学校,由上海市人民政府和中国科学院共同举办、建设,由上海市人民政府主管。.

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中心法則

分子生物學的中心法则(The central dogma of molecular biology,又譯分子生物學的中心教條),首先由佛朗西斯·克里克於1958年Crick, F.H.C. (1958): Symp.

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人造生命

人造生命,又称合成生命,是近期出现的生物技术术语,指利用生物技术干预、改变遗传密码从而产生新的生命个体的研究。 創造人造生命是於合成生物學或探索生命的起源領域工作的科學家的一個目標。這個詞語被用來描述最近把人造合成的細菌基因組轉移到一個不同(但有密切關係)的受體細胞的實驗。然而,人造生命這個詞語與“從零開始”,即由單獨的組成部份創造一個生命系統有關。這個目標還未達到。 这些研究很大程度上独立于人工生命,即通过计算模拟研究生命,与机器人学相关的领域。.

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代谢物组学

代谢物组学(metabolomics)是涉及代谢产物的化学过程的科学研究。具体而言,代谢物组学是“对特定的细胞过程遗留下的特殊化学指纹的系统研究”,对它们的小分子代谢产物的整体研究。代谢物组(Metabolome)定义为在一个生物细胞,组织,器官或生物体中所有的代谢产物的集合,而这些代谢物是此生物体基因表达的最终产物。因此,当信使RNA基因表达的数据和蛋白质组学的分析无法描述细胞体内的所有生理活动的时候,对代谢分析可以获得该细胞生理学的一个瞬时快照。系统生物学和的挑战之一是整合蛋白质组学的,转录组学的和代谢物组学的信息以更好地理解细胞生物学。.

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國際生物奧林匹克

國際生物奧林匹亞(英文:International Biology Olympiad,縮寫:IBO)是一個為中學生舉辦的國際科學奧林匹亞。在1960年代,繼國際數學奧林匹亞(源於東歐)後的第一屆國際學術奧林匹亞是在聯合國的幫助下舉辦的,該計畫持續擴張到五大洲超過70個國家,IBO便是其一。所有的參賽國將派四名贏得國內生物奧林匹亞的代表參加IBO,並通常伴隨有一名領隊和兩名觀察員或陪審員。.

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刘易斯·坎特利

刘易斯·C·坎特利(Lewis C. Cantley,1949年2月20日 - ),美国细胞生物学家、生物化学家,哈佛医学院系统生物学和医学部教授,并在波士顿贝斯·以色列医疗中心癌症研究主任。他的主要贡献是PI-3激酶的酶的发现和研究,对了解癌症和糖尿病十分重要。2013年获生命科学突破奖。2015年获盖尔德纳国际奖。.

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神经信息学

经信息学通过在对神经系统建模和分析的过程中应用计算的方法和观念来整合各种对神经系统进行模拟的尝试性工作。 理解人类神经系统是21世纪科学的最大挑战之一。神经系统的功能如知觉、决策、认知和推理等远超任何现有的人工系统。它的机能跨越了从分子生物学到人类学的多个学科。 为了理解神经系统,人们需要把从分子到细胞、从系统到生物体等各种不同层次学科的研究相互联系起来,这些学科包括遗传学、蛋白质组学、系统生物学、神经科学、认知科学、语言学、心理学、人类学,等等。虽然人们对于脑研究的事实和数据的积累已经很迅速也很深入了,但是我们对这些数据的理解深度还很有限。同样地,过去几十年以来计算机科学业已取得了巨大的进展,但是人类最先进的计算机系统在处理现实世界的一些任务时还比不上所谓的简单生物,例如蚂蚁和蜜蜂。无论从实践的角度还是从概念的角度看,神经科学相关的生命科学(例如神经科学、神经行为学、心理学、语言学、哲学等)与信息科学及其相关学科(例如计算机科学、数学、统计学、物理学、电子工程学和神经机器人学)之间都有很多互相联系的地方。 神经信息学中新的多学科交叉的研究领域加强了这些领域间的协作潜力。神经信息学和下列领域相关:.

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科学大纲

以下大綱是科學的主題概述: 科学(Science,Επιστήμη)是通過經驗實證的方法,對現象(原來指自然現象,現泛指包括社會現象等現象)進行歸因的学科。科学活动所得的知识是条件明确的(不能模棱两可或随意解读)、能经得起检验的,而且不能与任何适用范围内的已知事实产生矛盾。科学原仅指对自然现象之规律的探索与总结,但人文学科也被越来越多地冠以“科学”之名。 人们习惯根据研究对象的不同把科学划分为不同的类别,传统的自然科学主要有生物學、物理學、化學、地球科學和天文學。逻辑学和数学的地位比较特殊,它们是其它一切科学的论证基础和工具。 科学在认识自然的不同层面上设法解决各种具体的问题,强调预测结果的具体性和可证伪性,这有别于空泛的哲学。科学也不等同于寻求绝对无误的真理,而是在现有基础上,摸索式地不断接近真理。故科学的发展史就是一部人类对自然界的认识偏差的纠正史。因此“科学”本身要求对理论要保持一定的怀疑性,因此它绝不是“正确”的同义词。.

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精密科學

精密科學是指有精準量化表示或準確預測的科學領域,精密科學也會有測試假說的嚴謹方法,尤其是利用可重覆性的實驗,其中有可量化的預測及測量。以此定義來看,物理及化學是精密科學,系統生物學(尤其是理論系統生物學及數學系統生物學)因為大量使用數學的圖論、邏輯、統計及常微分方程,也屬於精密科學。 此說法隱含了將這些學科和其他學科(例如人文学科)分開的二分法。.

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系统生物学标记语言

系统生物学标记语言(Systems Biology Markup Language,簡稱SBML)是机器可读的、基于XML的置标语言,用于描述生化反应等网络的计算模型。SBML可以描述代谢网络、细胞信号通路、调节网络、以及在系统生物学研究范畴中的其它系统。.

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系統藥理學

系統藥理學(Systems pharmacology)係將系統生物學知識應用到藥理學中而產生的一門學科。該學科旨在闡明藥物如何作用於肌體的各系統。和用一種特殊的蛋白質-藥物反應來評價一種藥物的藥效不同,系統藥理學認爲藥物通過形成相互作用網絡起效。1992年在中華人民共和國的全国中西医学术会议上,B.J Zeng發表了一篇關於系統醫學以及系統藥理學的文章。相互作用系統可能會包括藥物—蛋白質、蛋白質—蛋白質的相互作用,以及遺傳學的、信號的,以及生理學上的相互作用(在細胞、組織、器官、個體水平上)。系統藥理學使用生物信息學和統計學的手段來整合、闡釋藥物相互作用的網絡。 系統藥理學可以應用於藥物安全領域,作爲對藥物流行病學的補充。EU-ADR已成功將系統藥理學納入他們的信號實體化流程之中。.

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糖组学

糖组学(Glycomics)又稱醣體學,是综合研究(糖的全部补体,无论是游离存在的还是在生物体的更复杂的分子中存在的),包括遗传,生理,病理等方面。糖组学“是给定细胞类型或生物体的所有聚糖结构的系统研究”,并且是糖生物学的一个子集。Glycomics一詞是從表示糖或甜味的「glyco-」與基因組學(genomics,涉及基因)和蛋白質組學(proteomics,涉及蛋白質)之命名規律而來。此規律也導致了(glycome)一字的出現,用來表示生物個體內擁有的所有碳水化合物。.

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组学

组学(omics)通常指生物学中对各类研究对象(一般为生物分子)的集合所进行的系统性研究,例如,基因组学、蛋白质组学,和代谢物组学等,而这些研究对象的集合被称为组。在英文中,“组”以-ome作为后缀,而“组学”以-omics作为后缀。例如,基因组学(genomics)是系统性研究生物体基因组(genome)中各种基因(gene)以及它们之间的相互关系的学科。.

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细胞信号传送

细胞信息传递(cell signaling)是一個主管細胞基本活動並協調細胞行為的複雜溝通系統。細胞對周遭微環境進行感知與正確回應的能力是其發展、修復組織、免疫以及體內正常動態平衡的基礎。癌症、自體免疫疾病與糖尿病等病症均可歸咎於細胞在信息處理上的錯誤。了解细胞信息传递帮助人们能研究治療疾病的途径,並使製造人工組織成为可能。 傳統的生物學將工作焦點集中在對於细胞信息传递路徑各單獨部份的研究上。系統生物學研究幫助我們了解到细胞信息传递網絡背後隱含的結構, 以及這些網絡的變化如何影響信息的傳播與流動。這些網絡構成了複雜的系統,並可能展現出雙穩態或超敏感性等自然發生的特質。對细胞信息传递的分析需要結合理論與實驗的方法,包括模擬試驗與模型建構等。長距離别构调节(Allosteric regulation)通常是细胞信息传递事件的重要組成部份。.

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生物学

生物学研究各種生命(上图) 大肠杆菌、瞪羚、(下图)大角金龟甲虫 、蕨類植物 生物學(βιολογία;biologia;德語、法語:biologie;biology)或稱生物科學(biological sciences)、生命科學(life sciences),是自然科學的一大門類,由經驗主義出發,廣泛研究生命的所有方面,包括生命起源、演化、分佈、構造、發育、功能、行為、與環境的互動關系,以及生物分類學等。現代生物學是一個龐大而兼收並蓄的領域,由許多分支和分支學科組成。然而,盡管生物學的範圍很廣,在它裡面有某些一般和統一概念支配一切的學習和研究,把它整合成單一的,和連貫的領域。在總體上,生物以細胞作為生命的基本單位,基因作為遺傳的基本單元,和進化是推動新物種的合成和創建的引擎。今天人們還了解,所有生物體的生存以消耗和轉換能量,調節體內環境以維持穩定的和重要的生命條件。 生物學分支學科被研究生物體的規模所定義,和研究它們使用的方法所定義:生物化學考察生命的基本化學;分子生物學研究生物分子之間錯綜復雜的關系;植物學研究植物的生物學;細胞生物學檢查所有生命的基本組成單位,細胞;生理學檢查組織,器官,和生物體的器官系統的物理和化學的功能;進化生物學考察了生命的多樣性的產生過程;和生態學考察生物在其環境如何相互作用。最終能夠達到治療診斷遺傳病、提高農作物產量、改善人類生活、保護環境等目的。.

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生物信息学

生物信息學(bioinformatics)利用应用数学、信息学、统计学和计算机科学的方法研究生物学的问题。生物信息学的研究材料和结果就是各种各样的生物学数据,其研究工具是计算机,研究方法包括对生物学数据的搜索(收集和筛选)、处理(编辑、整理、管理和显示)及利用(计算、模拟)。目前主要的研究方向有:序列比对、序列組裝、基因识别、基因重组、蛋白质结构预测、基因表达、蛋白质反应的预测,以及建立进化模型。 生物学技术往往生成大量的嘈杂数据。与数据挖掘类似,生物信息学利用数学工具从大量数据中提取有用的生物学信息。生物信息学所要处理的典型问题包括:重新組裝在霰弹枪定序法测序过程中被打散的DNA序列,从蛋白质的氨基酸序列预测蛋白质结构,利用mRNA微阵列或质谱仪的数据检验基因调控的假说。 某些人将计算生物学作为生物信息学的同义词处理;但是另外一些人认为计算生物学和生物信息学应当被当作不同的条目处理,因为生物信息学更侧重於生物学领域中计算方法的使用和发展,而计算生物学强调应用信息学技术对生物学领域中的假说进行检验,并尝试发展新的理论。 生物信息学可以定义为对分子生物学中两类信息流的研究:.

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生物医学

生物医学(Biomedical sciences or Biomedicine)是医学的分支,负责将生物技术和其他自然科学理论应用于临床实践。 生物医学主要运用生物学和生理学的知识。 生物医学与健康和生物学相关领域有关联,并且从上世纪以来一直在健康系统中扮演着重要的角色。 生物医学有许多的分支学科和专业领域,其名称通常以“生物-”(bio-)开头,如:.

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生物分类学

生物分類學(biotaxonomy)通常直接稱分類学(taxonomy;taxonomie;taxonomía),是一門研究生物类群间的异同以及异同程度,阐明生物间的亲缘关系、进化过程和发展规律的科学。要將生物分類,首先要知道生物與非生物的定義,但是我們似乎沒有辦法準確定義,以病毒來說,雖然可在其他生物體內寄生並複製,但在生物體外卻沒有一般生物的特徵如製造或攝取營養,生殖等現象。又如引起瘋牛病的朊粒(prion)可以造成感染卻無DNA成分,一直以來,DNA被視為生命遺傳物質,經由與RNA的轉錄轉譯過程,形成蛋白質,再進一步形成組成細胞的各個部分,如細胞膜、胞器等,而細胞則是我們長久以來所認為組成生命體的最小單位。 这种分类应该反映不同生物体间的进化树关系。分类学把生物划分为不同的群,而系统学试图寻找生物之间的关系。占主导地位的分类法是林奈氏分类系统(Linnaean),它包括一个属名和种加词。.

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生物物理学

生物物理学(Biophysics)是生物学和物理学的交叉学科,研究生物的物理特性。生物物理涵盖各级生物组织,从分子尺度到整个生物体和生态系统。它的研究范围有时会与生理学、生物化学、纳米技术、生物工程、、细胞生物学和系统生物学有显著的重叠。它被认为是生物学和物理学之间的桥梁。 物理学和生物学在两方面有联系:一方面,生物为物理提供了具有物理性质的生物系统,另一方面,物理为生物提供了解决问题的工具。.

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药理学

药理学(Pharmacology),是研究药品与有機體(含病原体)相互作用及作用规律的学科。它既研究药品对生物的作用及作用机制,即药品效应动力学(Pharmacodynamics,简称药效学);也研究药品在人体的影响下所发生的变化及其规律,即药品代谢动力学(Pharmacokinetics,简称药代动力学或者药动学)。药理学是以基础医学中的生理学、生物化学、病理学、病理生理学、微生物学、免疫学、分子生物学等为基础,为防治疾病、合理用药提供基本理论、基础知识和科学思维方法,是基础医学、临床医学以及医学与药学的桥梁。.

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近鄰結合法

近鄰相接法(neighbor-joining method)是一種研究DNA而建立親緣關係的方法,在計算生物學、生物信息學、系統生物學、演化生物學與系統發生學中時常使用。在1987年由和根井正利建立該方法。 該方法,後來也應用在電腦演算法之中。 該法依賴距離矩陣資料,由序列建立支序圖或親緣關係圖的方法。先由序列算出每一對細菌間的演化距離,將所有的演化距離資料整理成一個距離矩陣,再利用距離矩陣的資料畫出樹型。.

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脂类组学

脂类组学(Lipidomics)是生物系统中细胞脂类途径和网络的大规模研究。“(Lipidome)”一词用于描述细胞,组织,生物或生态系统中的完整脂类谱, 是“代谢物组(Metabolome)”的一个子集,其中还包括其他三大类生物分子:蛋白质/氨基酸,糖类和核酸。脂类组学是一个相对较新的研究领域,它受到质谱法(MS),核磁共振波谱法(NMR),荧光光谱,,和计算方法等技术的快速发展的推动,并且结合到脂类在许多代谢疾病中的角色的认识,例如肥胖症,动脉粥样硬化,中风,高血压和糖尿病等。这个迅速扩大的领域补充了在基因组学和蛋白质组学方面取得的巨大进步,所有这些都构成了系统生物学的家族。 脂类组学研究涉及数千种细胞脂类分子种类的鉴定和定量及其与其他脂类,蛋白质和其他代谢物的相互作用。脂类组学研究人员检查细胞脂类的结构,功能,相互作用和动力学以及系统摄动过程中发生的变化。 韩贤林(Han, Xianlin)和Gross首先通过将脂类分子种类中固有的特定化学性质与综合质谱方法相结合,首先定义了脂类组学领域。 虽然脂类组学属于更广泛的“代谢物组学”领域,但由于脂类相对于其他代谢物的独特性和功能特异性,脂类组学本身就是一门独特的学科。 在脂类组学研究中,大量定量描述不同脂类分子种类的含量和组成的空间和时间变化的信息通过改变其生理或病理状态而造成细胞摄动后累积。 从这些研究中获得的信息促进了对细胞功能变化的机理性认识。 因此,脂类组学研究通过鉴定细胞脂类代谢,运输和体内平衡的改变,在定义脂类相关疾病过程的生物化学机制方面发挥重要作用。对脂类研究的关注也从美国NIH资助的"脂类代谢途径研究计划"(LIPID MAPS Consortium)的倡议,和欧洲脂类组学倡议(ELIfe),和日本政府资助的Lipid Bank ()等计划中看出。.

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蛋白质组学

蛋白质组学(proteomics,又譯作蛋白質體學),是對蛋白质特别是其结构和功能的大规模研究,是在90年代初期,由Marc Wikins和學者們首先提出的新名詞。更重要的是,基因组是相当稳定的实体,而蛋白质组通过与基因组的相互作用而不断发生着改变。一个生命体在其机体的不同部分以及生命周期的不同阶段,其蛋白表达可能存在巨大的差异。 蛋白质组是由有机体或系统产生或修饰的整套蛋白质。 这随着时间和细胞或有机体经历的不同要求或压力而变化。蛋白质组学是一个跨学科的领域,它从人类基因组计划的遗传信息中受益匪浅,它还涵盖了新兴的科学研究和从细胞内蛋白质组成,结构和其独特活动模式的整体水平探索蛋白质组学。它是功能基因组学的重要组成部分。 蛋白质组学研究的关键技术包括质谱分析、X射线晶体学、核磁共振和凝胶电泳。 有两种蛋白质组学方法:活体样品研究和重组蛋白合成。在第二种情形下,用遗传工程方法来克隆待合成的DNA模板,以及把这些基因剪切到宿主细胞(典型的是细菌)中,后者被培养用于大规模蛋白表达。 接着,被合成蛋白需要被从宿主细胞中提取和纯化。纯化的蛋白随后通过结晶(及X-射线晶体衍射)或核磁共振来确定其结构。.

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洛特卡-沃爾泰拉方程

洛特卡-沃爾泰拉方程(Lotka-Volterra equation)別稱掠食者—獵物方程。是一个二元一階非線性微分方程組成。經常用來描述生物系統中,掠食者與獵物進行互動時的动态模型,也就是兩者族群規模的消長。此方程分別在1925年與1926年,由阿弗雷德·洛特卡與維多·沃爾泰拉獨立發表。.

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清华大学周培源应用数学研究中心

清华大学周培源应用数学研究中心,是清华大学下属的交叉科学研究实体。.

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方塊圖

塊圖(block diagram)是有關系統的,其中的主要機能或是零件用方塊表示,方塊之間有線連接,表示各方塊之間的關係.

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