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发布: 2005.01.08
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迎接系统医学生物学的新时代 New Age of Systems Medical Biology

中华医学杂志  ISTIC PKU NATIONAL MEDICAL JOURNAL OF CHINA 

 2005 85(6)  

 

现代医学经历了大体解剖生理学,细胞生物学、分子生物学的不同时代,已经进入了“组革命”(Omic revolution)的新时代。通过几百年的临床实践和基础医学的研究,已经为我们积累了海量的数据资源,使人类对生命本质和疾病发病有了更为精细和深 刻的认识和理解。但是,迄今为止,人们对生命和疾病的认识仍停留在分析和描述的水平上,尚缺乏系统的、综合的、整体的和本质的认知和理解。因此,新的世纪 必须引入新的技术、新的概念和新的模式,进行系统医学生物学的研究,才能揭示生命的本质和疾病发病的机理,达到防治疾病、增进人类健康的目的。  

 

系统医学生物学是系统生物学的一个重要的分支和组成部分,其研究的内容、方法和目标有别于传统的系统生物学。系统医学生物学主要研究的对象是人体、疾病和防治措施,它不仅包括医学的基础研究,更包括临床实践和观察的资料、数据和分析。它主要的目的是揭示人体组织、器官、结构、功能、发育、调控的本质,阐明和 预测疾病发病的机理,达到有效诊断、防治疾病和增进人类健康生活的目的。而系统生物学主要是研究对象是各种生物体,主要目的是揭示生命及其活动的本质。因此,系统医学生物学对人体更具有现实和应用的意义和前景。从人体的一个基因、一种蛋白、一种细胞、一种生命现象和一种疾病都是不同层次复杂的体系,包含着 各种因素、组分和复杂的内在和外在的时间和空间的相互关联。我们只有将局部的、分散的、无序的、凝固和枯燥、单一和个别的无数的医学生物学庞杂的数据、资 源整合起来,成为系统的,可以扩展、利用和再生的知识,才更具有意义和生命力,才能更好为人类所应用,达到认识生命,防治疾病,增进健康的目的。这将是新 世纪系统医学生物学的任务。  

 

系统医学生物学的概念虽然已有半个多世纪的历史,曾经提出过系统层次论,生物控制论,自稳态等许多理论,但由于缺乏足够的数据和系统分析的技术,几十年来意 义很大,但成效甚微。进入 21 世纪,我们已经积累了海量的数据资源,已经有了高通量分析、信息科学和数学模拟技术的发展和支撑,使系统医学生物学研究成为可能,并衍生为“组生物学”、数学生物学、整合生物学、分子网络生物学、虚拟生物学、芯片生物学、预测生物学、发现生物学,人工和电子细胞等一系列新概念和新学科。最近美国NIH制定了通向医学生物学未来的研究路线图计划(NIH Roadmap),强调未来主要目标是进行复杂生命系统的“大科学”系统研究;强调科学研究的团队精神;强调生命科学的定量化,使之成为精细科学;强调新 技术、新方法和新技术平台建设;鼓励原始创新,冒险精神和学科交叉。为此,新组建了生物医学计算中心、网络技术分析中心和纳米医学中心等。启动了临床研究 体系的重建工程,开动了国家电子临床试验和研究网络。一个新的系统医学生物学的新时代已经到来。 

 

系统医学生物学主要包括人体系统组织结构的辨识,系统功能行为的分析,细胞组织模型的构建和数据挖掘,防治疾病的系统设计和利用四个主要的要素,并已取得了 初步成果,如 Alliance for cell Signaling(AfCs), Virtual cell project ,E-cell project ,physiome project ; 知识表示是系统医学生物学的基础和人工智能的核心之一。现在已建立了信息共享和交换平台,如电子细胞建模描述语言(EML),系统生物学标记语言 (SBML)、细胞标记语言(CellML)等,建立了信号传导道路模型、器官建模,外科手术病历分析模型等。构建了一系列医学本体 (Ontology),如基因本体(Geneontology,Go), 统一医学语言系统(ULMs)。美国 NCI 还建立了以肿瘤为核心的知识信息的管理平台和框架(caCore),在知识的层面上统一肿瘤研究的所有数据,整合所有肿瘤研究的相关数据,并以知识形式为 专业研究提供服务。由于建立医学生物本体数据库是系统医学生物学的基础,近两年来,世界各国以高通量技术和组生物学资源,都在纷纷建立各种结构、功能和相 互关系的本体数据库,目前已近 60 多种。我国亦初步建立了中医药学名词本体数据库。一个以建立本体数据库和数据挖掘为核心的系统医学生物学正在蓬勃发展。展示了良好的研究和发展前景。  

 

医学系统生物学,数据和信息是基础,整合和系统是核心,知识和预测是方向,应用和服务是目的。数据—信息—整合—知识—模型和再利用是研究途径。 21 世纪的生命科学将从传统的描述性科学,走向综合分析表述性科学;将从局部走向整体;将从单一因素的研究走向综合、系统研究的大科学。系统医学生物学是 21 世纪医学生命科学发展的方向。目前,虽然系统医学生物学仍处于初创阶段,未来的道路还相当艰难和遥远,但大家已经认识到这是揭示生命本质,防治疾病的一条 的必由之路,一条根本途径。我们必须迎头赶上,加紧部署。我们的医学生物学才能实现跨越式发展,并为人类做出我们应有的贡献。为此, CMBI 为大家搜集了近期在国际刊物上发表的相关系统医学生物学文献资料,供大家参考。  

 



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