系统生物学课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,整合多“组学”技术分析微生物：应用与方法论,1,整合多“组学”技术分析微生物：应用与方法论1,一、前言,“组学”技术的研究背景,高通量,DNA,测序技术的革命性进展,基于计算机技术的注释基因组学和比较基因组学迅速发展，从多角度分析,DNA,序列,完全阐明微生物代谢和环境因子的映射关系，还需要考虑基因功能水平的特性和基因产物的定量计算，包括,mRNA,、蛋白质、代谢物及其之间的相互作用,2,一、前言“组学”技术的研究背景2,多种“组学”技术,转录组学，,mRNA,的转录水平,蛋白质组学，蛋白质丰度的定量,代谢物组学，小分子细胞代谢物的表达丰度,相互作用组学，整个细胞分子间的相互作用,代谢流组学，胞内分子随时间的动态变化过程,多组学整合途径是理解全细胞系统动态变化和功能法则的有力工具,3,多种“组学”技术3,图,1,“组学”技术与细胞信息层次,4,图1 “组学”技术与细胞信息层次4,组学技术的特点,高通量，数据驱动，整体性，,top-down,策略,从系统的角度解释细胞代谢，而不是简单地依据彼此相关联的不同分子间的相互作用信息的整合,数据处理依赖于计算机技术,5,组学技术的特点5,多“组学”整合技术,运用组学技术可以分析不同细胞水平的分子信息，但是单一的组学技术显然难以适应生物系统的复杂性,胞内的调控发生在基因表达的不同水平，如转录，转录后，翻译，翻译后等,调控的生物化学形式不尽相同，如变构调节、反馈调节等,整合多“组学”技术的应用已成为必然,6,多“组学”整合技术6,二、实验性“组学”技术,细胞赖以生存的系统是由多种功能性分子构成的，这些分子决定了细胞的表型,仅仅分析微生物基因组DNA序列难以获得分子功能相关的关键信息，也无法阐明分子合成的调控机制,为突破基因组分析的瓶颈，分子生物学的附属实验显著发展，促进了实验性“组学”策略的形成。一些成形的“组学”技术平台也已经用于多组学整合技术的研究,7,二、实验性“组学”技术细胞赖以生存的系统是由多种功能性分子构,转录组学,是分析一个细胞或一种细胞产生的全套,mRNA,或其转录本的工具,较,DNA,测序、比较基因组学，最大的特点是动态性，胞内基因的表达受环境因素、细胞发育周期等多种因素的影响，因此,mRNA,呈现出一系列动态特征，特定时间、特定发育阶段，,mRNA,的转录水平反映了特定基因的表达水平,8,转录组学8,转录组学的研究技术,SAGE(serial analysis of gene expression):,测定,特定组织的基因表达水平,在全基因组水平上同时定量检测数万个基因表达模式,;,可在未知目的基因的前提下,分析来自一个细胞的全部转录本信息,;,对已知或未知基因表达进行定性和定量分析,RT-PCR,：,9,转录组学的研究技术9,转录组学的研究技术,ChIP- ChIP,技术：是先用固定剂将,DNA,染色质断裂为数百,bp,的碱基段；然后用针对特异性蛋白质的抗体进行,ChIP,，将富集的蛋白质,DNA,复合物进行扩增，再将扩增的,DNA,片断与覆盖欲检测基因组的芯片进行杂交，使用芯片扫描仪对芯片的信息进行处理,10,转录组学的研究技术10,蛋白质组学,是利用高分辨的蛋白分离技术和高效的蛋白鉴定技术，全景全息式地研究在各种特定情况下的蛋白质谱及其变化规律，包括细胞内动态变化的蛋白质谱的组成成份、表达水平、修饰状态和蛋白质之间的相互作用等，以揭示蛋白质功能及其与生命活动的关系，即在蛋白质水平上整体性、动态和定量地研究生物体,研究策略：,Top down,策略,Bottom up,策略,11,蛋白质组学11,蛋白质组学常用技术,2-DE,：,12,蛋白质组学常用技术12,蛋白质组学常用技术,DIGE,13,蛋白质组学常用技术13,蛋白质组学常用技术,cICAT,14,蛋白质组学常用技术14,相互作用物组学,系统地研究生物体内各种分子间,(,包括蛋白质,-,蛋白质、蛋白质,-,核酸、蛋白质,-,糖、脂,-,蛋白,),的相互作用，以及这些作用形成的分子机制、途径和网络，最终绘制生物体的相互作用图谱,代谢组学,是以生物体内的所有代谢物,(,即代谢组，,metabonome),为研究对象，对生物内源性代谢物质,(,如糖、脂类、次生代谢物,),的整体进行定量描述，及其对内因和外因变化应答规律的科学 。根据不同的研究对象，代谢组学包括研究糖基化糖链,(glycan),组成的糖组学,(glycomics),，以及脂类组学（,lipidomics,）等,15,相互作用物组学15,代谢通量组学,高通量分析技术使人们对生物体物质代谢活动的调节具有了实时、全局的了解。通过代谢或信号途径发生的代谢通量,(,或称代谢流，,flux),取决于代谢物各自的生理活性,代谢通量组学,(fluxomics),旨在通过追踪代谢物的流向来定义调控代谢流的基因,主要通过两种方法监控代谢流，即：,同位素（如,13,C,）示踪结合质谱分析技术,流体传感器结合荧光共振能量转移技术（,FRET,）,16,代谢通量组学16,三、整合 “组学”技术,系统生物学的发展伴随着整合多“组学”技术的发展,“组学”技术整合又包括组学技术内整合和“组学”技术间整合,组学数据处理方法的整合也有利于实现深层次的数据挖掘 , 特别是生物学意义的挖掘,17,三、整合 “组学”技术系统生物学的发展伴随着整合多“组学”技,以代谢组学的整合发展为例,18,以代谢组学的整合发展为例18,四、展望,高通量技术的发展促使大量的组学数据积累，而多组学数据整合可以提供对生物系统的全面了解,系统生物学中数据整合的发展有待于在实验技术上提高产出数据的精度 ，在生物上提供更多新的理论指导，在数学和计算机领域提出更加强有力的分析方法 ，最终有效的整合多种组学数据 ，对生物系统进行全面的解读,19,四、展望高通量技术的发展促使大量的组学数据积累，而多组学数据,