系统生物学的理论、方法和应用

系统生物学是一门典型的交叉学科，需要生命科学、信息科学、数学和计算机科学等多学科的交叉研究；而目前国内还没有一本书能涵盖所有这些学科的内容。本书提供了进入系统生物学领域所必需的基础知识和学科概貌，内容体系连贯完整、深入浅出，非常适合作为课程教材和研究参考书。
全书分为3个部分。第1部分介绍系统生物学的主要基础：细胞生物学、数学和实验技术。第2部分介绍当前的计算建模和数据挖掘策略，包括代谢、信号转导、细胞周期、基因表达等各种细胞进程及其相互作用的各种细节；介绍了建模中的一些概念，并讨论了如何用不同的模型来解决一些常见的问题，如怎样解读数据、在特定条件下该应用哪种模型。第3部分对目前互联网上可获得的帮助和资源进行了概述性介绍，同时介绍了作者自己常用的一些建模工具；并对信息交换*必要的、从而也是构成系统生物学不可或缺的支柱数据库进行了概述。

贺福初，中国科学院院士，第三世界科学院院士。1962年出生于湖南安乡，1982年毕业于复旦大学后考入军事医学科学院攻读硕士学位并入伍，相继获生物化学硕士、细胞生物学博士学位。现任事医学科学院副院长、研究员、博士生导师，兼任复旦大学生物医学研究院院长、教授。

1.1 系统生物学是生物学
生命作为宇宙间最复杂的现象之一，已利用系统化的方法在植物学、动物学、生态学以及单细胞的组成和分子生物学等领域得到了研究。长期以来生物学家对细胞中的各部分是如何运行的进行了透彻的研究：他们研究了各种分子的生物化学性质，蛋白质、DNA和RNA的结构，DNA复制、转录和翻译的法则以及生物膜的结构和功能等等。此外，关于不同类型网络中各种元素间的相互作用的理论概念也得到了发展。这条研究路线的下一步是进一步朝着细胞、器官和机体以及（主要是）细胞进程如细胞通讯、细胞分裂、体内稳态和适应的系统化研究方向努力。这类研究方法可以被称为系统生物学。
为了更好理解细胞是如何工作的，细胞进程是如何调控的，以及细胞对环境扰动如何反应或甚至是预期那些变化。现在将生物学和自然科学中的不同领域整合起来，正其时也。生物学进程更为系统化图景的发展伴随并基于实验技术和方法学的革命。尽管仍非常昂贵，新的高通量方法已经使得我们可以在同一时刻并以适当的时间分辨率测量细胞中所有基因的表达水平。荧光标记和尖端的显微技术允许追踪单细胞中的个别分子。对细胞组分和细胞进程在时空上的细致研究是进一步阐明细胞调控的重要前提。
　　系统生物学的发展部分地为科学家的兴趣所推动，但更多的是由它具有的高应用潜力所推动。生物工程的生产需要高预测能力的工具，以便廉价、可靠地设计具有期望特性的细胞。鉴于对卫生保健存在许多期望，调控网络模型是必要的，以便认识其在疾病状况下的改变，并发展出治疗该疾病的方法。而且，由于卫生保健朝着个体化和预测医学方面发展的瞩目趋势（Weston和Hood 2004），使得在药物研发、药效验证、诊断学以及治疗监控等领域内对细胞网络精确公式化和系统行为预测的需求日益增加。以表皮生长因子受体这个新一代抗癌药物靶标为例，它属于一个至少包含4种相关受体的家族。这些受体能够被30多种的不同分子所启动。因此，面对这种复杂装置，有必要绘制其布线图，以弄清各元件在响应各种不同刺激和致病中所起的作用。详细模型一经建立，所有可能扰动的影响均可以相当廉价地用计算机预测。