系統(tǒng)生物學(xué)與信息整合

1、包含飛 翻譯整理 中醫(yī)藥信息學(xué)-標(biāo)準(zhǔn)化研究室200032系統(tǒng)生物學(xué)與信息整合 1利用蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用的 數(shù)據(jù)，蛋白質(zhì)配偶的特性來分 類蛋白質(zhì) 2對2709種公開發(fā)表的酵母菌 Saccharomyces cerevisiae的蛋白質(zhì)之間的相互作用進(jìn)行綜合分析，建立了 1538種蛋白質(zhì)之間的2358種相互作用的 統(tǒng)一的大型網(wǎng)絡(luò)。 3456789根據(jù)蛋白質(zhì)的相互作用的配偶的已知功能把2709種可能的功能判歸給蛋白質(zhì)。此方法正確地為72%的1393種有不止一個(gè)已知功能的配對者的特征化蛋白質(zhì)推測了一個(gè)功能種類，也用來推測364種以前的未特征化的蛋白質(zhì)的功能。 10通過這種方法，網(wǎng)絡(luò)能準(zhǔn)確的推測72

2、% 的至少帶有一個(gè)特征性配對者的1393種 特征性蛋白質(zhì)。 11 蛋白質(zhì) 從蛋白質(zhì)相互作用推測 Marcotte等人的推測YNR053C RNA處理/修飾(5/5) 轉(zhuǎn)錄,細(xì)胞組建,核組建, RNA接合(5/5) mRNA轉(zhuǎn)錄, mRNA接合 (e: 3, p: 1) BIR1 細(xì)胞周期控制(2/4) -CNS1 細(xì)胞張力(2/3)，蛋白質(zhì)折疊(2/3) 細(xì)胞組建,核組建(p:33)YGL161C 小泡運(yùn)輸(2/3)，細(xì)胞膜融合(2/3) -YIP3 小泡運(yùn)輸(3/3) -YMR322C 細(xì)胞張力(3/3) -YPR105C 小泡運(yùn)輸(2/3) -AIP2 細(xì)胞極性(2/2) 細(xì)胞組建, 碳水

3、化合物利用, 碳水化合物代謝, 新陳代謝, 發(fā)酵; 能量(e:2,p:4) DUO1 有絲分裂(2/4) -EBS1 碳水化合物新陳代謝(2/5) -表1 從蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用預(yù)測蛋白質(zhì)功能與用結(jié)合算法（combined algorithm）預(yù)測蛋白質(zhì)功能的比較 12FPR4 蛋白質(zhì)合成(2/3) 細(xì)胞組建，轉(zhuǎn)錄，核組建 (e:1,two:2)GIP2 有絲分裂(2/2) -ISA1 蛋白質(zhì)合成(2/2) 氮硫利用,代謝,氮硫代謝 (p:2)RDI1 細(xì)胞極性(2/3) G-蛋白質(zhì)(e: 1)SMY2 RNA接合(2/2) 轉(zhuǎn)錄;細(xì)胞組建, mRNA接合, 核組建，mRNA轉(zhuǎn)錄(e:1)

4、YDR100w 小泡運(yùn)輸(2/2),細(xì)胞質(zhì)融合(2/2) -YEL015W RNA處理/修飾(2/6) 轉(zhuǎn)錄;細(xì)胞組建, mRNA接合 核組建, mRNA轉(zhuǎn)錄 (e: 1)YER079W 信號傳導(dǎo)(2/2) -YGL096W RNA處理/修飾(2/2),RNA接合(2/2)轉(zhuǎn)錄;細(xì)胞組建, mRNA接合 核組建, mRNA轉(zhuǎn)錄 (e: 1)YJL019W 染色質(zhì)/染色體結(jié)構(gòu)(2/2) -YKR030W 小泡運(yùn)輸(2/2) -YLR128W 細(xì)胞極性(2/4) -13YLR128W 細(xì)胞極性(2/4) -YLR269C RNA處理/修飾(2/2),RNA接合(2/2) -YLR368W 蛋白質(zhì)衰

5、變(2/5),氨基酸新陳代謝(2/5) - 細(xì)胞周期控制(2/5)YLR435W 蛋白質(zhì)合成(2/2) -YLR456W RNA處理/修飾(2/4) RNA 處理/修飾, mRNA 轉(zhuǎn)錄,mRNA 處理(e: 1)YNL311C 氨基酸新陳代謝(2/2) -YPL105C RNA接合(2/2) -14a根據(jù)蛋白質(zhì)相互作用推測僅列出與兩個(gè)或兩個(gè)以上的 已知功能的相互作用配偶的蛋白質(zhì)，括號內(nèi)的數(shù)字 為某一功能的相鄰蛋白質(zhì)數(shù)/已知功能的相互作用的 配偶蛋白質(zhì)數(shù)。蛋白質(zhì)相互作用推測根據(jù)YPD分類。 b有關(guān)完整的數(shù)據(jù),見附表2。 c 表中Marcotte等的推測只包括”高質(zhì)量推測”,括號內(nèi) 指出推測的方

6、法(e為實(shí)驗(yàn)證據(jù);p為種系發(fā)生輪廓 （phylogenetic profile）;兩個(gè)或以上方法;數(shù)字指鏈 接的數(shù)量, 具體內(nèi)容見Marcotte等22, 相同或相似的 推測用斜體表示。Marcottes預(yù)測用MIPS術(shù)語表示 (2000 Nature America Inc. ) 15酵母雙雜交技術(shù) Gal4的DB - Gal4的AD 報(bào)道基因(reporter gene) Gal4的DB -Snf1-Snf2- Gal4的AD報(bào)道基因(reporter gene)圖* “-”：結(jié)合作用，“-”：相互作用，“”：激 活基因的轉(zhuǎn)錄與表達(dá)作用。 16轉(zhuǎn)化了Snf1融合表達(dá)載體和Snf2融合表達(dá)載

7、體 Gal4的DB -Snf1-Snf2- Gal4的AD報(bào)道基因(LacZ)表達(dá)-半乳糖苷酶圖* “-”：結(jié)合作用，“-”：相互作用，“”：激 活基因的轉(zhuǎn)錄與表達(dá)作用，“”把基因被 整合到酵母染色體上；“”：為上游調(diào) 控區(qū)。 上游調(diào)控區(qū)引入GAL1序列LacZ酵母染色體URA3位GAL1序列受Gal4蛋白調(diào)控 酵母的GAL4基因和GAL80基因(Gal80是Gal4的負(fù)調(diào)控因子)被缺失17（1）“父親”BD與“母親”AD感情危機(jī)； （2）“父親”BD與“母親”AD不愿直接溝 通； （3）“父親”BD與“兒子”Snf1在同一載體， “母親”AD與“女兒”Snf2在同一載體； （4）通過姐妹之親

8、情重新結(jié)合為家庭： “父 親”BD-“兒子”Snf1-“女兒”Snf2-“母 親”AD，再次發(fā)揮家庭功能（報(bào)告蛋白 質(zhì)）。 18上海中醫(yī)藥大學(xué)的醫(yī)學(xué)知識整合研究 19我們?nèi)祟惏殃P(guān)于人體的科學(xué)分為量子生物學(xué)、分子生物學(xué)、生物物理學(xué)、生物化學(xué)、細(xì)胞學(xué)、組織學(xué)、解剖學(xué)、生理學(xué)、免疫學(xué)、遺傳學(xué)大自然并沒有這樣做，大自然把一切都有條不紊地融為一體，把無數(shù)機(jī)制、無數(shù)元素（我們將不斷地越來越多把它們細(xì)分）聯(lián)成一個(gè)完美的網(wǎng)絡(luò)。因此，我們試圖把所有的生物醫(yī)學(xué)知識重新連接或整合起來也許是順從了大自然的意志。 20提出醫(yī)學(xué)知識整合問題，一方面出于我們對世界的整體性本質(zhì)的理解，出于對人類認(rèn)知事業(yè)的自然歸結(jié)的理解，即對

9、人類認(rèn)知活動的本義的理解。令人擔(dān)憂的是這種整體性本質(zhì)在當(dāng)今崇尚“拆零”的還原論者眼中已不復(fù)存在。另一方面出于一種責(zé)任，試圖提醒人們在醫(yī)學(xué)知識中就事論事地或在越來越狹窄的領(lǐng)域中理解和考慮問題是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。提醒人們應(yīng)該時(shí)刻以整合的眼光來看生命系統(tǒng)，提醒人們這么一個(gè)事實(shí)，即對生命系統(tǒng)的了解我們也許僅僅相當(dāng)于一個(gè)小學(xué)生。 21醫(yī)學(xué)知識整合研究可謂“生逢其時(shí)”。我們知道，人類基因組工程對人類基因組全體基因的測序剛完成不久。作為人類科學(xué)史上一個(gè)偉大工程，人類基因組工程對生命科學(xué)作出了莫大貢獻(xiàn)。但有人借此而提出的“一個(gè)基因一個(gè)病”這種極端還原論觀點(diǎn)卻受到了嚴(yán)重挫折。但從另一方面，這一挫折卻使科學(xué)家們更清醒地

10、認(rèn)識到，由一個(gè)一個(gè)基因、一個(gè)一個(gè)蛋白質(zhì)（或酶）提供給我們的信息和理解是有限的，我們必須從眾多基因眾多蛋白質(zhì)之間的復(fù)雜的關(guān)系（網(wǎng)）中尋找關(guān)于生命和疾病的真諦。于是形形式式的生物調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)、蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)、“蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)整合”、“藥物本體整合”、“生物化反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)”、“多個(gè)獨(dú)立研究的醫(yī)學(xué)證據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)整合”(指循證醫(yī)學(xué)的meta-分析)等新的生物醫(yī)學(xué)整合研究不斷涌現(xiàn)、層出不窮。 22有朋自遠(yuǎn)方來，不亦樂乎 23僅在短短的十多年前，即上一世紀(jì)80年代末，當(dāng)時(shí)筆者提出醫(yī)學(xué)知識模擬、運(yùn)算和整合新研究時(shí)，很有形單影只之感，處境相當(dāng)孤獨(dú)，為尋找單詞“整合”的英文對應(yīng)詞“integration”也化了不少功夫。因?yàn)楫?dāng)時(shí)“整

11、合”一詞在科學(xué)領(lǐng)域中還是相當(dāng)冷僻的詞。然而彈指之間，“整合”之花已躍然成勢。 241.Bao H.F.: The structure characteristics of the new research QMSOC and its relevant operators, J Tongji Med Univ, 1989, 9(4):235-2382.Bao H.F.: Quantitative and Computerized Medicine-New research QMSOC(I), The proceeding of the First Conference of the Fronti

12、er for Life Sciences on Central-south China, 1989, 211-2163.Bao H.F.: The quantitative integration of biomedical information by computer-New research QMSOC(II), The Proceeding of the First Conference of the Frontier for Life Sciences in Central-south China, 1989, 216-2224.Bao H.F.: The new functions

13、 of Quantitatively Medicine Simulating and Operating by Computer-New research QMSOC(III), 1990, J Tongji Med. Univ, 10(1): 52-56255.Bao H.F., Geng J.H. and Su Z.F.: Pansystems Methodology(PM) and a new research on large-scale integration of biomedicineAn introduction of QMSOC and its recent progress

14、es , Acta of Jiansu Industrial College, Journal of Jiangsu Institute of Technology, 1991, 4 (2): 69-75 6.Bao H.F.,Ni X.W.,Lou S.: Integratable Relationized Medical Electronic Book (IRMEB)- An Exploration of An New Type of Intellegent Knowledge Medium Under the Influence of Pansystems Theory. Advances in Systems Science and Applications (Inauguration Issue) 1995,p304-309 7.Bao H.F.: HCSL:A Human-Computer Commonly Understandable and Communicatable Medical Language, Proceedings of The First China-Japan-Korea Joint Symposium on Medical Informatics(CJKMI99), p177-181,1999 8.Bao