系统生物学与细胞发生系统动力学

系统生物学是系统理论和实验生物技术、计算机数学模型等方法整合的生物系统研究,系统遗传学研究基因组的稳态与进化、功能基因组和生物性状等复杂系统的结构、动态与发生演变等。合成生物学是系统生物学的工程应用,采用工程学方法、基因工程和计算机辅助设计等研究人工生物系统的生物技术。系统与合成生物学的结构理论,序列标志片段显示分析与微流控生物芯片,广泛用于研究细胞代谢、繁殖和应激的自组织进化、生物体形态发生等细胞分子生物系统原理等。

系统遗传学与生物技术-细胞分子生物系统的分析与合成

生物系统的科学与工程是整合系统论、实验、计算和工程方法的交叉学科研究与应用。系统生物学、系统医学,建立在系统科学和数学模型基础上,采用分子、组学生物技术和计算、生物信息技术,以及基因合成与转基因生物技术等研究生物系统原理和规律。系统遗传学与系统生物技术是研究天然与人工生物系统的基因系统与蛋白质系统构成细胞的软件信息与硬件运行系统的机理与方法。合成生物学、系统生物工程也是建立在系统科学和数学模型基础上,应用于生物系统原理设计虚拟计算机信息软件和仿生人工机器硬件、人造工程生物体和基因信息系统等。

分子系统生物学与细胞发生动力学

系统生物学采用系统理论和实验生物技术、计算机数学模型等方法整合研究动态生物系统网络。生物系统的结构理论和生物系统技术,研究基因组——生物体复杂系统与细胞分子网络系统的动态结构发生与进化,分析基因组的逻辑程序和人工设计原理。细胞信号传导、基因调控网络、代谢反应链和基因反馈调控的自组织化人工设计和基因、基因链、基因组人工合成等系统生物工程开发,可用于复杂疾病机理分析、药物分子筛选和转基因表达系统的生物反应器、纳米生物计算机等。

药物筛选生物技术与抗细胞凋亡PI3K信号传导路径

细胞信号传导PI3K-Akt路径涉及细胞周期、再生、分化、衰老与凋亡的调控,采用高通量生物技术分析基因表达谱可用于抗肿瘤或抗衰老的基因与药物筛选。化学诱变剂甲磺酸乙酯(ethlmethane sulformate,EMS)处理CHO细胞,筛选到抗10μM、20μM浓度lovastatin的E10、E20突变细胞系,将E10细胞再经诱变剂EMS处理,筛选到抗70μM浓度lovastatin的ZE70细胞系。Igf-2刺激基因突变的肌肉萎缩小鼠肌肉细胞系,Western免疫杂交试验结果显示,PI3K-Akt路径的Akt蛋白质磷酸化功能正常。生长因子Igf-2刺激肌肉细胞系C2C12的cDNA基因芯片实验表明,促细胞再生、分化相关的基因表达上调,细胞凋亡相关的基因表达下调。细胞的基因突变,激素、Igf-2等生长因子刺激,往往是肿瘤发生的病因;但是,Igf-2等可用于抗肌肉萎缩疾病,以及抗细胞凋亡与衰老的药物筛选。

应用系统遗传学与细胞发生的基因调控网络序列标记显示分析

基因型-表现型复杂系统自组织化是基因系统到蛋白质系统、代谢酶系统的遗传信息转换过程。一个协同表达的基因群调控一个相对独立性状的功能模块,基因网络的自组织化建构基因组稳态与遗传适应过程。腺垂体干细胞分化成5种不同的内分泌细胞系,受上丘脑和性腺、胰岛细胞等激素的调控,涉及系列转录因子的诱导表达,成为细胞系发生研究的模型。GH基因的表达受上丘脑激素GRF、GHRP-6刺激以及SMS抑制,经不同受体、G蛋白亚单元和PKA、PKC信号传导路径,转录因子调控细胞再生或GH基因表达、激素分泌。基因表达调控决定于基因序列,如启动子、非翻译RNA区、蛋白质的结构域等,系统生物学包括组学、计算与合成生物技术,序列标志片段显示(STFD),可用于细胞系分化、病理变化等基因表达谱、信号传导网络的系统分析与功能基因克隆。