课从基因组学到系统生物学
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Identify disease specific proteins
Drug targets
19
代谢组学研究
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20
网络与通路
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21
后基因组时代的生物信息学
高通量技术从RNA水平、蛋白水平、代谢产 物水平产生了大量的数据
所面临的挑战：
从海量数据中提取有用的信息 整合相应的网络与调控信息 了解代谢网络是如何调控与运作的 生命的运作过程
指出要么仍处在用“零打碎敲”的方法 （piecemeal approach)开展研究，要么 从整体上研究和分析整个人类基因组及其序 列。
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3
EMBL核酸数据库的增长
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4
生物信息学的兴起（基因组信息学）
是一个学科领域，包含着基因组信息的获取、 处理、储存、分配、分析和解释的所有方面。
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18
比较蛋白质组学研究
Sample
2D gels and imaging
Curation and interrogation
Differential analysis
Nomal
Disease
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Mass spectrometry coupled to advanced databases to anonotate
整合这些数据并建立相应的数学模型来表述 系统的结构他对单个扰动的反应
从静态网络到动态网络
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22
后基因组时代生物信息学的任务
整合RNA水平、蛋白水平、代谢产物水平的 数据信息
目前文献信息的挖掘与整合 Fra Baidu bibliotek数据—>信息—>知识（分析）
建立代谢与调控反应模型（网络） 数据与信息的组织（数据库）与可视化研究
（代谢与调控地图，网络地图）
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23
后基因时代的研究特点
代谢组学
确定重要的代谢产物的含量
网络与通路
蛋白相互作用网络、调控网络、信号传导通路等。
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11
转录组学
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12
基因芯片
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13
基因芯片点样仪
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14
Yellow: equally expressed Red: more expressed in tumor tissue (“over expressed”) Green: more expression in 完n整o版rm课件aplpttissue (“under expressed”15)
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8
功能基因组学的定义
利用基因组学列信息，应用高通量实验技术， 定量的确定特定RNA分子、蛋白分子和重要 的代谢产物在时间和空间上的聚集模式
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9
中心法则
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10
功能基因组学的内容
转录组学
从RNA水平来研究基因的表达
蛋白质组学
从蛋白质水平研究基因表达
人类基因组全序列的完成仅仅是遗传学革命的开始 我们依然不能确定人类到底有多少个基因，通常认
为大约30,000个左右。 经过亿万年的进化，人类终于来到了控制我们从一
个单细胞经过成人期，最后走向坟墓的“指令集” 面前。 这套“指令集”是用奇怪语言所写的一部“天书”， 到目前我们刚刚开始理解。 有利于确定导致癌症、糖尿病、心血管疾病等其他 疾病的基因，并开发相应的药物和基因治疗手段 有利于个性化医疗的开展。
研究模式的改变：由分析式思维向系统思维的转变； 由假说导向向数据导向研究转变。
信息化。通过结构基因组学的研究，以获得大量的 核酸、蛋白、结构等方面的信息，为功能研究提供 基础，data management, data mining。
在技术上大量采用高通量筛选技术，如基因表达谱、 蛋白质组学研究、核算及蛋白微阵列技术、基因芯 片等。
最终目标是测定总长度由30亿个核苷酸组成的人 类基因组的序列图。
确定人类大约30,000个基因
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2
为什么要开展人类基因组学
《癌症研究的转折点—人类基因组的全序列 分析》Dulbecco R, Science 1986.
回顾了70年代以来癌症研究的进展，使人们 认识到包括癌症在内的人类疾病的发生，都 与基因直接、间接有关。
多基因整体研究策略，不同于过去一次只研究一个 基因或蛋白，注重分子间的相互作用及调控网络。
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24
用功能基因组学到系统生物学
功能基因组学的网络是一个静态的网络 系统生物学就是要把一个静态的网络变成一
个动态的网络
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25
系统生物学研究内容
通过扰动生物系统并监视基因、蛋白、代谢 产物及网络与路径的反应
从基因组学到系统生物学看生命 科学发展
生物工程研究所 合成生物学与微生物基因组学研究室 梁龙
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1
人类基因组学
历经5年的辩论后，美国国会正式批准美国的“人 类基因组计划”于1990年10月1日正式启动。
总体计划是在15年内投入至少30亿美元进行人类 基因组的分析。
这一计划的意义，可以与征服宇宙的计划媲美。我 们也应该以征服宇宙的气魄来开展这一计划。
发展信息分析工具，包括各种新算法和新软件， 构建合适的数据库，用于收集、管理和使用。
配合实验研究，“读懂”基因组。确定全部约 2-4万个人类基因在染色体上的位置以及包括 基因在内的各种DNA片断的功能及其表达调控。
将数据变成信息，将信息变成知识
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5
人类基因组学的成果（ 2003.4.14）
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6
在基因组学开展的时候所提出的美好前景依然没有实现！
下一步怎么办？
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7
后基因组时代
基因组信息可以广泛获得，包括人、鼠、模 式生物、微生物、病毒等。
这些数据可以被广泛应用与基因在不同状态 下的表达特征研究-基因功能研究
由于在后基因组时代主要注重与基因的功能 研究，因而相关研究又被称为“功能基因组 学”
基因芯片与基因表达
•Red: higher in Cy5
•Green: higher in Cy3
•Yellow: equal in both
channels
•Brightness reflects intensity
of signal
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16
蛋白质组学研究
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蛋白质组学研究
Drug targets
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代谢组学研究
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20
网络与通路
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21
后基因组时代的生物信息学
高通量技术从RNA水平、蛋白水平、代谢产 物水平产生了大量的数据
所面临的挑战：
从海量数据中提取有用的信息 整合相应的网络与调控信息 了解代谢网络是如何调控与运作的 生命的运作过程
指出要么仍处在用“零打碎敲”的方法 （piecemeal approach)开展研究，要么 从整体上研究和分析整个人类基因组及其序 列。
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3
EMBL核酸数据库的增长
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生物信息学的兴起（基因组信息学）
是一个学科领域，包含着基因组信息的获取、 处理、储存、分配、分析和解释的所有方面。
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18
比较蛋白质组学研究
Sample
2D gels and imaging
Curation and interrogation
Differential analysis
Nomal
Disease
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Mass spectrometry coupled to advanced databases to anonotate
整合这些数据并建立相应的数学模型来表述 系统的结构他对单个扰动的反应
从静态网络到动态网络
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后基因组时代生物信息学的任务
整合RNA水平、蛋白水平、代谢产物水平的 数据信息
目前文献信息的挖掘与整合 Fra Baidu bibliotek数据—>信息—>知识（分析）
建立代谢与调控反应模型（网络） 数据与信息的组织（数据库）与可视化研究
（代谢与调控地图，网络地图）
完整版课件ppt
23
后基因时代的研究特点
代谢组学
确定重要的代谢产物的含量
网络与通路
蛋白相互作用网络、调控网络、信号传导通路等。
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转录组学
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12
基因芯片
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13
基因芯片点样仪
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Yellow: equally expressed Red: more expressed in tumor tissue (“over expressed”) Green: more expression in 完n整o版rm课件aplpttissue (“under expressed”15)
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功能基因组学的定义
利用基因组学列信息，应用高通量实验技术， 定量的确定特定RNA分子、蛋白分子和重要 的代谢产物在时间和空间上的聚集模式
完整版课件ppt
9
中心法则
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10
功能基因组学的内容
转录组学
从RNA水平来研究基因的表达
蛋白质组学
从蛋白质水平研究基因表达
人类基因组全序列的完成仅仅是遗传学革命的开始 我们依然不能确定人类到底有多少个基因，通常认
为大约30,000个左右。 经过亿万年的进化，人类终于来到了控制我们从一
个单细胞经过成人期，最后走向坟墓的“指令集” 面前。 这套“指令集”是用奇怪语言所写的一部“天书”， 到目前我们刚刚开始理解。 有利于确定导致癌症、糖尿病、心血管疾病等其他 疾病的基因，并开发相应的药物和基因治疗手段 有利于个性化医疗的开展。
研究模式的改变：由分析式思维向系统思维的转变； 由假说导向向数据导向研究转变。
信息化。通过结构基因组学的研究，以获得大量的 核酸、蛋白、结构等方面的信息，为功能研究提供 基础，data management, data mining。
在技术上大量采用高通量筛选技术，如基因表达谱、 蛋白质组学研究、核算及蛋白微阵列技术、基因芯 片等。
最终目标是测定总长度由30亿个核苷酸组成的人 类基因组的序列图。
确定人类大约30,000个基因
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为什么要开展人类基因组学
《癌症研究的转折点—人类基因组的全序列 分析》Dulbecco R, Science 1986.
回顾了70年代以来癌症研究的进展，使人们 认识到包括癌症在内的人类疾病的发生，都 与基因直接、间接有关。
多基因整体研究策略，不同于过去一次只研究一个 基因或蛋白，注重分子间的相互作用及调控网络。
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24
用功能基因组学到系统生物学
功能基因组学的网络是一个静态的网络 系统生物学就是要把一个静态的网络变成一
个动态的网络
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系统生物学研究内容
通过扰动生物系统并监视基因、蛋白、代谢 产物及网络与路径的反应
从基因组学到系统生物学看生命 科学发展
生物工程研究所 合成生物学与微生物基因组学研究室 梁龙
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1
人类基因组学
历经5年的辩论后，美国国会正式批准美国的“人 类基因组计划”于1990年10月1日正式启动。
总体计划是在15年内投入至少30亿美元进行人类 基因组的分析。
这一计划的意义，可以与征服宇宙的计划媲美。我 们也应该以征服宇宙的气魄来开展这一计划。
发展信息分析工具，包括各种新算法和新软件， 构建合适的数据库，用于收集、管理和使用。
配合实验研究，“读懂”基因组。确定全部约 2-4万个人类基因在染色体上的位置以及包括 基因在内的各种DNA片断的功能及其表达调控。
将数据变成信息，将信息变成知识
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5
人类基因组学的成果（ 2003.4.14）
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6
在基因组学开展的时候所提出的美好前景依然没有实现！
下一步怎么办？
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后基因组时代
基因组信息可以广泛获得，包括人、鼠、模 式生物、微生物、病毒等。
这些数据可以被广泛应用与基因在不同状态 下的表达特征研究-基因功能研究
由于在后基因组时代主要注重与基因的功能 研究，因而相关研究又被称为“功能基因组 学”
基因芯片与基因表达
•Red: higher in Cy5
•Green: higher in Cy3
•Yellow: equal in both
channels
•Brightness reflects intensity
of signal
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蛋白质组学研究
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蛋白质组学研究