系统生物学论文

【摘要】人类基因组计划把生物学由分子生物学时代推向系统生物学时代，生物学由分解转向整合，由叙述科学转变为定量预测科学。随着系统生物学的发展，它在肿瘤学领域的应用所形成的肿瘤系统生物学将对进一步理解肿瘤的发生、发展机制和对肿瘤的诊断、治疗产生深远的影响。下面是小编整理的《系统生物学论文(精选3篇)》仅供参考，希望能够帮助到大家。

系统生物学论文 篇1：

工科院校系统生物学教学改革初探

摘要：系統生物学是以系统观点研究生命现象的交叉学科，代表着生物学未来研究的方向。然而，系统生物学涉及学科多，内容跨度大，学习曲线陡峭。针对系统生物学本科教学中存在的问题，本文尝试从教材选择、课程内容优化以及教学方式等不同方面探讨进行教学改革的策略，以期获得更好的教学效果。

关键词：系统生物学；教学改革；工科院校

自日本学者北野宏明（Hiroaki Kitano）2002年在science上撰文系统阐述系统生物学（systems biology）概念后，在短短十几年期间，系统生物学取得了飞速的发展。与传统的基于还原论的生物学研究不同，系统生物学尝试以一种更为宏观的角度从整体上研究复杂的生命现象，构建复杂系统元素间相互作用的网络模型，以期对各种生命现象的内在机制进行合理解释和预测，其研究方法涉及生命科学（以各种组学研究为主）、计算机科学、数学、统计学等多种学科。目前，系统生物学已渗入到生命科学研究的各个领域，尤其是在生物医药研究中，系统生物学的方法被广泛应用于疾病的早期诊断、药物新靶点的寻找以及个体化医疗等方面。目前，系统生物学正与大数据及人工智能技术进行深度融合，展现出越来越广阔的应用前景。综合上述背景，在生物技术专业本科教学中开设系统生物学课程就显得尤为必要了。本文针对笔者在讲授系统生物学课程过程中遇到的问题，尝试从多方面探讨课程教学改革的方法和策略，以期降低学习难度，获得更好的教学效果。

一、系统生物学教学中存在的问题

系统生物学是一门新兴的交叉学科，学科发展历史较短，笔者在教学过程中遇到了一些具有共性的问题：（1）相关教材的缺乏：与传统生物学科诸如分子生物学，细胞生物学相比，适合本科生学习的系统生物学教材十分匮乏，目前已出版的中文教材，有的内容深度不够，有的又过于偏重数学分析，单一书籍并不能完全满足教学的要求。（2）学科知识分散，内容庞杂：系统生物学涉及多个学科的知识，内容分散，尤其是存在大量跨专业的内容，学生学习的难度较大。由于学时有限，不可能把相关知识点讲解透彻，这导致学生在学习过程中感觉知识比较零碎，无法对该学科形成框架性的认识，往往是浅尝辄止，无法形成完整的知识体系。（3）学生基础知识薄弱：系统生物学是一门涉及多专业的新兴交叉学科，对高等数学、统计学以及计算机科学的相关知识有较高的要求，但生物技术专业本科生上述学科的基础知识均比较薄弱，这也极大影响了课程的学习效果。（4）传统的生物技术课程教学方法不适应系统生物学的教学：传统的课堂讲授模式并不适用于系统生物学课程的教学，由于课程中涉及较多数学及统计学运算以及计算机编程的相关知识，内容相对抽象，单纯的课堂讲授较为枯燥，不易激发学生的兴趣，这也影响了课程的整体教学效果。

二、系统生物学教学改革初探

针对在教学过程中遇到的问题，笔者尝试从以下几个方面对系统生物学本科教学改革的策略和方法进行初步探讨：（1）选择合适教材：作为一门新兴的学科，目前适合本科生的教材相对缺乏，国内出版的系统生物学书籍要么内容的系统性和深度不足，要么是针对某领域的研究专著，对统计学和数学的要求较高，并不适合作为本科生的教材。针对以上情况，我在课程中同时使用了两本教材，将张自立，王振英编著的《系统生物学》作为课程前期的教材，主要用于介绍系统生物学的相关概念、研究内容和研究方法，而在课程后期使用U.阿隆的《系统生物学导论：生物回路的设计原理》，围绕转录调控网络进行深入讲解，将二者结合可取得较好的教学效果。（2）针对生物技术专业本科生知识结构特点，补充相关学科基础知识：针对学生基础薄弱的问题，在课程中适当穿插讲解统计、高数以及计算机的相关知识，比如在讲解希尔函数推导的过程中，适当复习了高数中函数求导、积分以及微分方程求解的相关知识，并在课堂上布置若干习题，通过强化练习以提高学生对相关数学运算的熟练程度，使其能更好地理解课程讲授的相关内容。（3）由多学科教师组成教学团队共同讲授课程：笔者在教学过程中深深感受到自身知识体系的局限，在涉及跨专业知识的讲解时感觉比较吃力，由于目前专职的系统生物学教师十分缺乏，笔者认为，为了进一步提高系统生物学的教学质量，可以组建跨专业的由不同学科教师组成的教学团队，共同研究并制定课程的教学大纲和教案，相互取长补短将能显著提高课程的教学质量。（4）优化教学方式，理论与实践相结合：综合运用视频动画及计算机仿真演示等多种手段，将课堂讲授的相关理论知识以一种更为直观的方式加以呈现，以加深学生对所学理论知识的理解。同时，在课堂上也设置实践环节，引导学生进行独立思考，将理论知识进行实际的运用。比如，指导学生在自己的电脑上建立简单的转录调控模型进行仿真演示，通过改变相关参数，观察对动力学模型的影响，使学生对枯燥的数学方程有了直观、鲜活的认识，在加深知识理解的同时也增加了学习的兴趣。（5）明确教学目标，优化教学内容：系统生物学课程本身并非生物技术专业的基础课程，它需要在完成多门先修课程的基础上进行讲授，且系统生物学研究的范围十分广阔，每个领域都自成体系，因此，本科阶段的系统生物学课程并非追求内容的深入，而是让学生对该门学科有一个整体的框架性认识，了解系统生物学的研究内容、研究方法以及未来的应用前景，并在此基础上选择一个研究领域进行深入探讨，为学生日后进一步学习打下基础。

三、小结

作为生物学的重要发展方向，系统生物学近年来受到越来越多的关注。然而，目前在生物技术专业本科阶段开设该课程还存在诸多困难。为进一步普及系统生物学课程，提高教学质量，笔者认为应该从课程教材、师资等环节入手，逐步积累经验，优化教学内容，理论与实验并重，逐步完善适应生物技术专业本科教学的教材体系、教学理念和教学方法，培养具备生物、数学以及计算机科学等相关知识的复合型人才。

参考文献：

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[5]谢青，吴元喜，杨广笑.用研究性学习理念指导系统生物学实验教学[J].实验室研究与探索，2008，（9）：105-106.

[6]张自立，王振英.系统生物学[M].科学出版社，2009.

Key words：Systems Biology；teaching reform；institutes of technology

作者：周玉柏

系统生物学论文 篇2：

论肿瘤系统生物学

【摘 要】人类基因组计划把生物学由分子生物学时代推向系统生物学时代，生物学由分解转向整合，由叙述科学转变为定量预测科学。随着系统生物学的发展，它在肿瘤学领域的应用所形成的肿瘤系统生物学将对进一步理解肿瘤的发生、发展机制和对肿瘤的诊断、治疗产生深远的影响。癌症系统生物学主要通过整合血液样本和肿瘤组织中高通量“组学”信息，并联合肿瘤诊断的新系统方法，筛选亚临床诊断的肿瘤标志物，分类肿瘤，评估肿瘤进展和治疗反应，预测肿瘤复发转移。重要的是癌症系统生物学可以对癌症的进行个体化治疗和系统治疗，其进步有可能推动临床肿瘤学的发展，并在癌症之战中发挥重要作用。

【关键词】肿瘤；癌症；系统生物学

随着人类基因组计划的基本完成，标志着生命科学研究进入了“后基因组时代”，使得系统生物学重新回到生命科学研究的前沿。系统生物学（SYSTEMS BIOLOGY）是随着生命科学飞速发展而形成的一门新兴的生物学分支，是研究生命现象的系统科学。它主要是研究一个生物系统中所有组成成分的构成，例如基因、蛋白等，以及特定条件下这些组分间的相互关系。系统生物学的最终目的是解析生命过程的复杂性，利用整体性、系统性的研究手段来发现和揭示生命活动的本质规律。癌症是一种系统生物学疾病，肿瘤系统生物学是应用高通量技术和计算模型理解肿瘤的生物行为、鉴定肿瘤标志物和思考肿瘤治疗的新策略。从系统生物学的角度看肿瘤，将提供一个新的视野。

1.肿瘤系统生物学的概念及研究方法

1.1肿瘤系统生物学的概念

系统生物学是研究生物系统中所有组成成分（基因、MRNA、蛋白质、代谢小分子等）的构成以及在特定条件下相互作用和调控的科学。而这些研究对象之间的相互作用和调控等生物信息，可以被数字化并整合分析。人们通过数学和计算机模拟可以提出和完善生物系统工作的模型，从而来判断细胞、组织器官和生物体的行为功能。

肿瘤系统生物学就是应用系统生物学的研究方法和手段将肿瘤研究与临床实际密切结合。通过整合肿瘤组织和血液样本中高通量“组学信息”，筛选亚临床诊断的肿瘤标志物，对肿瘤进行分类，也可以对肿瘤的进展和治疗反应等进行评估。其目标是构建一个既能够反映肿瘤生物行为的机制，又能够预测系统受到扰动后的行为的理想模型。

1.2肿瘤系统生物学的研究对象和研究方法

生物信息学的发展，使人们可以从单一肿瘤样品中测量不同水平的“组学”资料。其中，肿瘤基因组学中各类基因相互分工协作构成密切相关的统一体，有利于克服以往研究模式的片面性和局限性。此外，癌症系统生物学与转录组学、蛋白质组学相结合，可以筛选出更多具有临床标记意义的蛋白质分子。运用高通量的实验平台技术，可以分析肿瘤细胞及其周围组织的基因序列、转录组学、蛋白质组学和代谢谱，其结果表明直接的治疗靶点并不能获得最好的治疗效果。系统生物学和高通量的实验参考了宿主—疾病治疗相互作用的复杂性，对基因治疗的发展起到了重要作用。

2.用肿瘤系统生物学理解癌症

2.1肿瘤的系统生物行为

理解肿瘤的起源、生长和播散需要系统生物学方法。肿瘤已不单是突变的癌细胞，更是一个独立的生物系统，癌症由亚细胞分子、肿瘤细胞、肿瘤、微环境和机体等不同层次构成，共同维系这个统一体的存在。对肿瘤的认识已经逐渐深入到基因、分子水平，在研究肿瘤发生发展机制的过程中，通过研究肿瘤的细胞周期调控、细胞凋亡和信号转导等，人们发现肿瘤的产生是多因素、多步骤、多基因作用的复杂过程，是机体各组织细胞在时间、空间方面发展过程的相互关系，和自身稳态平衡失调的疾病。

系统生物学从更深层次阐明了癌症的重要生物行为，在理解凋亡信号网络方面取得了巨大进步。肿瘤系统生物学的理论更关注基因之间的相互联系、相互作用及肿瘤多信号转导途径的作用过程。系统生物学绘制了一条复杂通路，包括自噬驱动、帮助细胞存活和控制细胞命运。

2.2肿瘤治疗策略的改变

肿瘤可能是机体（神经、内分泌、免疫、代谢）、微环境与癌细胞构成的生物系统。因此，治疗肿瘤不仅是消灭肿瘤细胞，还可以通过提高机体抗癌能力和改造癌的微环境达到目的。

系统生物学方法不仅可以筛选出用于早期诊断、治疗和转归判别的肿瘤标记分子，也可以筛选出肿瘤启动分子，还对筛选新的治疗靶点大有裨益，有助于个体化临床试验进程，增加试验成功率并加快临床应用，从而实现个体化治疗。

实践证明，不可能只靠一种药物抑制肿瘤。抗炎药物、抗血管生成治疗、免疫治疗将在肿瘤预防中发挥越来越重要的作用，以系统生物学为基础的系统治疗可能是肿瘤未来的治疗策略。

3.肿瘤系统生物学研究的现状和建议

虽然肿瘤系统生物学目前还处于起步阶段，但是它将越来越受到人们的普遍关注。通过对肿瘤系统生物学这一领域的深入研究，有助于人们进一步理解肿瘤的发生、发展机制，对与肿瘤的早期诊断和预防、个体化治疗等也产生更加积极的影响。所以，人们对于肿瘤系统生物学寄予很大的希望，希望在今后的几十年的时间里，通过各国科学家的努力，使我们再谈癌色变。

【参考文献】

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（上接第4页）

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作者：李军芳

系统生物学论文 篇3：

系统生物学对中药质量控制及评价模式的影响

摘要：目的：探讨系统生物学对中药质量控制及评价模式的影响价值，以为中药学健康发展提供临床依据。方法应用中药学调研分析法，对接受中药质量检验控制的40类中药管理项目进行汇总分析，依照检验环节是否应用中药质量控制及其评价模式，等分对照为常规组和研究组两列，分别施以一般质量控制和常规评价模式、中药质量控制及系统生物学评价模式，临床对比分析两组质控结果。结果研究组和常规组在中药样品分类合格指数、中药质量检验临床合格指数、中药学推动指数上数值对比分别为（90.5±2.4）和（78.5±2.2）、（96.2±1.5）和（79.0±1.2）、（96.5±3.8）和（73.6±3.5），有统计学意义（P<0.05）。常规组和研究组在合格样本、合格率上数值对比分别为12和20、合格率为60.00%（12/20）、100%（20/20），有统计学意义（P<0.05）。结论：系统生物学对中药质量控制及评价模式的影响价值确切，中药质量控制及系统生物学评价模式的运用，能从直接程度上改善中药检验成果，提升中药检验质量，推动中药学长远发展，值得药学质控环节加以选用实施。

关键词：系统生物学;中药质量控制;评价模式

中药质量控制是一种通过中医药技术手段，对中药中有效成分的分离和测定，对药材进行客观、可靠、合理、有效的质量评价和质量控制，建立中药的质量标准的中药质量控制技术。该质控策略的提出源自我国古代，并由来已久，主要代表作品有《黄帝内经》《难经》《本草纲目》《伤寒杂病论》《金匮要略》等典籍。系统生物学对评价模式的影响，以系统论和实验、计算方法整合研究为基础，实现了对重要质量的合理控制。本研究为探讨系统生物学对中药质量控制及评价模式的影响价值，特对接受中药质量检验控制的40类中药管理项目进行汇总分析，具体实践结果分析如下：

1 研究资料与遴选方法

1.1 研究对象选定及其相关基础资料

应用中药学调研分析法，对接受中药质量检验控制的40类中药管理项目进行汇总分析，依照检验环节是否应用中药质量控制及其评价模式，等分对照为常规组和研究组两列。且两组在日常管理项目、管理技术标准及其规程、管理实践等内容上差异不明显，无统计学对比意义（P>0.05）。

1.2 遴选方法

分别施以一般质量控制和常规评价模式、中药质量控制及系统生物学评价模式，临床对比分析两组质控结果。

二者所涉及的中药质量控制主要内容包括——第一，质量管理，质量保证与质量控制，项目包括质量管理体系、储存加工技术六统一、基本生产条件、生产批、文件记录、内部质量保证机制、追溯体系、变更控制、质量控制系统、自检;技术规程与标准中的技术规程、中药材质量标准、种子标准、组织方式、管理机构、管理人员、管理职责、人员培训、健康管理。第二，設施、设备与工具，即设施类别与分布、投入品存放设施要求、加工设施、仓库、质量检验室、生产工具与设备管理。第三，生产基地，选址技术规程中的环境保护要求、范围、产地选择要求、地块选择、环境要求（空气、土壤、灌溉水）、种植历史;生产基地管理中的选址、布局、定位、更换。第四，种子种苗与其它繁殖材料中，包括种子种苗或其它繁殖材料要求的种质要求、品种选育与嫁接、种子种苗标准与检测方法、繁育加工规程、运输与保存;种子种苗与其它繁殖材料管理中的种质使用、种质鉴定、种子产地、基地规模与种子质量、检疫、存放、动物种源。第五，种植与养殖，包括种植技术规程中的种植范围、肥料使用技术规程、防治要求、农药使用技术规程、野生抚育规程;种植管理中的按规程管理、基础设施、田地整理和清理、投入品使用、灌溉水污染、施肥、灌排、病虫草害防治、农药施用、邻地农药影响、突发性灾害处理、野生抚育管理;养殖技术规程中的养殖范围、饲料要求、消毒剂要求、疾病防治、药物使用要求、患病动物处理要求、按规程管理、养殖场所、卫生管理、安全措施、引种要求、饲喂、疾病防治、患病动物处理、种群控制、废弃物处理。第六，包括采收与产地初加工中的技术规程、范围、采收期、采收方法、干燥方法、鲜用药材保鲜方法、特殊加工要求、禁止性要求、毒麻中药材要求;采收管理中的按技术规程采收、采收天气、不正常处理、净选、直接干燥中药材的采收、运输和临时存放措施;产地初加工管理中的原则、加工时限与临时保存、拣选、清洗、晾晒、设施设备干燥、设施设备使用要求、鲜药材保存、异常品处置。第七，包装、放行与储运;自检等。

一般质量控制和常规评价模式：应用高效液相色谱（HPLC）、气相色谱（GC）、毛细管电泳（CE）等多种色谱联用技术对药物进行分分离，分离后就中药成分与药效进行质量控制;在重要国际医学中，主要针对其有效成分进行单一、几种、几十种检验和质量控制，初步实现了对药材客观、可靠、合理、有效的质量评价和质量控制，但统一的中药质量标准尚未形成。

中药质量控制及系统生物学评价模式：在上述质量控制内容和评价模式的沿用下，进一步探寻系统生物学在中医证候研究中的应用，包括基础研究意义、组学技术;在中医体质学研究中的应用，在中医证候研究中的应用如血瘀证患者的基因表达谱，双生子糖尿病证候、高血压脑出血肝阳化风证与肝阳上亢证患者血清蛋白质组学，从“同病异证”和“异病同证”角度探讨中医肝阳化风证、代谢组学技术探讨湿热证、不同舌苔的慢性乙型肝炎患。还包括基因组学技术、蛋白质组学技术、代谢组学。基于系统生物学在中医药疗效评价中的应用包括细胞模型药效评价方法、中药药效物质基础和作用机制的系统生物学研究、 组学技术在针灸效应物质基础与作用原理研究中的应用。同时在质量控制中，着重对扶正化瘀片、中药新双龙方、麝香保心丸、中药复方黄黛片等的评价。在中药质量控制中的应用包括中药品种鉴定、中药不同采收期质量控制、道地药材鉴定、中药炮制质量控制，其中以五味子、中药地龙生干品和炮制品、 中药女贞子生品和不同炮制品代谢组……

1.3 统计学处理

应用STATISTICAL ANALYSIS SYSTEM（数据用SAS软件包）统计学软件，计数资料以%表示，用X2检验，其他指标情况应用（x±s）表示，用t检验，当P<0.05时，为有统计学意义。

2 结果

2.1 两组评价模式质量控制结果

研究组和常规组在中药样品分类合格指数、中药质量检验临床合格指数、中药学推动指数上数值对比分别为（90.5±2.4）和（78.5±2.2）、（96.2±1.5）和（79.0±1.2）、（96.5±3.8）和（73.6±3.5），有统计学意义（P<0.05）。具体参见表格1：

2.2 两组检验结果统计分析

常規组和研究组在合格样本、合格率上数值对比分别为12和20、合格率为60.00%（12/20）、100%（20/20），有统计学意义（P<0.05）。具体参见表格2：

3 讨论

从广义范围来看，系统生物学是以山水、植物、动物、天、地、人相互作用，和谐共处的基础。无论是中医的阴阳、表里、寒热、虚实“八纲辩证法”，还是“君臣佐使”复方的系统论，都直接昭示了环境基因组学和与之呼应的规律性系统生物学的上升期。以现代中医药质量控制为视域的系统生物学评价模式方法的运用，直接程度上为中医的现代化提供了支持。

纵观本研究的结果，研究组和常规组在中药样品分类合格指数、中药质量检验临床合格指数、中药学推动指数上数值对比分别为（90.5±2.4）和（78.5±2.2）（96.2±1.5）和（79.0±1.2）（96.5±3.8）和（73.6±3.5），有统计学意义（P<0.05）。常规组和研究组在合格样本、合格率上数值对比分别为12和20、合格率为60.00%（12/20）、100%（20/20），有统计学意义（P<0.05）。文献资料数据进一步佐证，基于色谱指纹图谱在中药质量控制中的价值，主要通过采用HPLC（高效液相色谱法），色谱柱（250×4.6mm，5μm）、流动相分别为Agilent Zorbax SB-C18、乙腈-0.2%的磷酸水溶液;梯度洗脱试验主要参数为：流速设计、柱温1.0ml/min和30℃。于波长275nm处对6批不同的蒲地蓝消炎口服液进行色谱指纹图谱建立，对黄芩苷含量测定结果为，测定了7个色谱指纹图谱峰，检验方法重复性、一致性表现极好，相似度>99.2%。通过实验室研究，就中药复杂成分解析与质量评价中“固有成分的表征”“有效成分发现”“质量评价方法”，最终建立了科学合理、有效可行的质量评价标准。统观系统生物学的研究整体，通过各种高通量的组学技术平台全方位地获取海量的数据信，来进一步揭示自然界生物体所蕴涵的奥秘。在系统生物学中将有可能从系统的角度诠释中医药多靶点、平衡调理和标本兼治的治病机制和分子机制，为中药的研究提供了新的思路。将系统生物学代谢组学作为中医整体观和辨证论治的最新研究思路，从直接应用上，就中药复方的药效及作用机制、安全性评价、配伍研究;现存问题如技术操作不规范、药理研究与临床应用衔接薄弱等进行综合解决。中药质量整体观众，通过采用主成分分析、系统聚类分析、Fisher判别分析、偏最小二乘回归分析等系列方法，直接程度上对中药丸剂及其类方配伍比例、化学物质成分、药效作用谱效学研究平台、质量控制与评价模式、药效与药效物质基础提供了新的思路与方法。

综合来讲，中药质量控制及评价模式与系统生物学各组学之间息息相关，并直接程度上为中药资源和质量控制、中药整体药效物质研究及中药安全性评价和药效与药效物质预测等提供了临床依据。

综上所述，系统生物学对中药质量控制及评价模式的影响价值确切，中药质量控制及系统生物学评价模式的运用，能从直接程度上改善中药检验成果，提升中药检验质量，推动中药学长远发展，值得药学质控环节加以选用实施。

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作者：李严 刘大为