系统生物学

——SYSTEMS BIOLOGY

出版：Garland Science

索书号：Q111/V898a(2)/2018/Y

藏书地点：武大外教中心

研究生物系统组成成分的构成与相互关系的结构、动态与发生，以系统论和实验、计算方法整合研究为特征的生物学。20世纪中页贝塔朗菲定义“机体生物学”的“机体”为“整体”或“系统”概念，并阐述以开放系统论研究生物学的理论、数学模型与应用计算机方法等。系统生物学不同于以往仅仅关心个别的基因和蛋白质的分子生物学，在于研究细胞信号传导和基因调控网路、生物系统组成之间相互关系的结构和系统功能的涌现。

“系统生物学” (systems biology) 一词在美国NIH 的PubMed 文献库最早可检索到Zieglgansberger W 和Tolle TR 于1993 年发表的一篇神经系统疾病研究的论文摘要中，根据1968 年国际系统理论与生物学 (systems theory and biology) 会议上Mesarovic D.提出systems biology一词（术语）的定义为采用系统论方法研究生物学，1989 年在美国召开的生物化学系统论与生物数学国际会议探讨了生物学的系统论与计算生物学模型研究。

系统生物学的基本工作流程有这样四个阶段。首先是对选定的某一生物系统的所有组分进行了解和确定，描绘出该系统的结构，包括基因相互作用网络和代谢途径，以及细胞内和细胞间的作用机理，以此构造出一个初步的系统模型。第二步是系统地改变被研究对象的内部组成成分（如基因突变）或外部生长条件，然后观测在这些情况下系统组分或结构所发生的相应变化，包括基因表达、蛋白质表达和相互作用、代谢途径等的变化，并把得到的有关信息进行整合。第三步是把通过实验得到的数据与根据模型预测的情况进行比较，并对初始模型进行修订。第四阶段是根据修正后的模型的预测或假设，设定和实施新的改变系统状态的实验，重复第二步和第三步，不断地通过实验数据对模型进行修订和精练。第一到第三阶段，也就是以下的“整合”- 系统理论、“干涉”- 实验生物学和“信息”- 计算生物学等研究，即系统论和实验（experimental）、计算（computational）方法整合的系统生物学概念，目标就是要得到一个理想的模型，使其理论预测能够反映出生物系统的真实性。

《系统生物学》一书是本系列丛书的最新版本，为高等本科和研究生介绍系统生物学这个正在成长的领域的第一门课程。它的主要重点是开发计算模型及其在各种生物系统中的应用。本书从建模的基础开始，然后回顾了分子清单的特点，将系统生物学引入生命的研究，并讨论了一些案例研究，代表了一些前沿的系统生物学和合成生物学。通过这种方式，它为读者提供了一个全面的背景和方法，以执行标准的系统生物学任务，了解现代文学，并启动专门的课程或项目，解决生物学问题的理论和计算手段。新主题在这个版本包括:默认模块模型设计、极限环和混乱,Excel中的参数估计,通过转录因子基因调控的模型进行表示,从最初的概念模型推导Michaelis-Menten率法,不同类型的抑制,滞后,一个模型的区别,系统适应持续的信号,非线性nullclines PBPK模型和基本模式。这种形式是教学文本和对主要文献引用的结合，辅之以一套小规模的练习，使实际经验成为可能，以及大规模的开放式的问题练习，以供读者进一步思考。

这是一个强大的介绍系统生物学的国际公认的权威之一。本书介绍了系统生物学研究的起源、概念、工具、现状和未来的方向。这本书的许多突出特点之一是它对“系统”和“生物学”的真正强调。一方面，它强调了面向系统方法和数学模型在(分子)生物学中的原理和一般优势。另一方面，它展示了具体的生物学问题和现象(从细胞信号转导到心脏生理学)如何激励和驱动建模研究。这本书的其他特点包括它的可访问性，平衡和高度相关的材料选择，突出的建模和实验数据之间的联系，以及适合具有数学或生物学背景的读者。读者也可以选择更入门或更高级的阐述。例如，第五章“参数估计”即使对于经验丰富的系统生物学家也是一个有用的参考。然而，第六章“基因系统”首先描述了生命的基本组成部分，然后讨论了目前基因表达分析的实验方法。书中涉及的几个领域都是作者自己的研究提出的，这显然增加了该书的整体价值。虽然这本书主要集中在确定性有限维系统，它在概念上准备读者使用其他计算框架来解决生物学问题。

《系统生物学》一书作者是Eberhard O. Voit。Eberhard O. Voit在德国科隆大学学习生物学和数学，在那里他获得了生物学和数学的硕士学位，以及发展和理论生物学的博士学位。他在密歇根大学、查尔斯顿的南卡罗莱纳医科大学以及澳大利亚塔斯马尼亚的一个森林研究中心担任研究员和教职。2004年Eberhard O. Voit转到乔治亚理工大学和埃默里大学的生物医学工程系，他是乔治亚研究联盟杰出学者和教授，并担任David D. Flanagan生物系统系主任。Voit的研究方向是复杂生物医学系统，从事生物化学系统理论(BST)的开发和应用已有三十多年的历史。目前，他实验室的工作重点是基因组、代谢和信号系统，应用范围从微生物和植物系统到人类疾病。Voit撰写或合作撰写了近300篇科学论文和书籍章节。他的三本书已被译成中文或韩文。他2012年出版的《系统生物学第一课》(A First Course in Systems Biology)是一本面向高等本科和研究生的入门教材，是全球70多门课程的必修或推荐教材。Voit定期收到在国际会议上发言的邀请，并在欧洲、北美、南美、亚洲和澳大利亚举办了不计其数的生物系统研讨会和研讨会。Voit是美国医学与生物工程研究所(AIMBE)和美国科学促进会(AAAS)的当选院士。

《系统生物学》一书除了以上内容特点，还有以下的一些特点。

1、具有权威性和时效性。《系统生物学》涵盖了大量的系统生物学和计算生物学相关知识和技术，作品的作者是系统生物学和计算生物学、遗传学等领域长期的教学和研究学者，因此书本具有较大的权威性。同时，由于关于生物学的内容更新换代很快，很多内容可能仅限于编书的当时，随着时代的发展有了更多的补充，因此，本书内容具有时效性。

2、层次鲜明，脉络清晰。《系统生物学》共有15个章节，将书本的内容按照时间顺序非常清晰的编排出来，具有鲜明的层次和清晰的脉络。

3、语音简洁有趣，便于理解。书本中运用了大量的通俗易懂的文字来描写，因此这种书写方式使整本书更具有可读性、趣味性。

4、编排紧凑。该书在每一章开头都以提要和简介引入本章要讲的主要内容作为这一章的提纲挈领，并在章节末尾处对内容进行总结，并给出了关键词的解释，帮助读者对书中内容和概念进行归纳梳理，并自主进行扩展阅读。

总的来说，《系统生物学》为学生、指导教师和研究人员提供了系统生物学的相关信息。章节中包含系统生物学的研究方法和研究结果，是系统生物学相关研究者和学者的必读书籍。

1. 生物系统

2. 数学建模概论

3. 静态网络模型

4. 系统生物学中的数学

5. 参数估计

6. 基因系统

7. 蛋白系统

8. 代谢系统

9. 信号系统

10. 种群系统

11. 酵母：基因组、蛋白质和代谢物数据的综合分析

12. 心脏：生理建模

13. 系统生物学在医学和药物开发中的应用

14. 生物系统设计

15. 系统生物学的新兴课题

（武汉大学生命科学学院研究生王鑫）