生物网络的复杂性.pptVIP

我们能否建立生物医学研究的系统规范? NIH Director, Elias A. Zerhouni, M.D. 全球公共卫生面临的挑战 慢性疾病 21世纪医学研究需要变革 研究及发展中的阻碍 NIH为医学研究设定的路线图 建立科学研究优先次序的基本框架：目的是优化整体的研究资金投入 为研究健康、疾病的发生机制及相关行为，建立更加高效、创新、富于成效的研究体系 NIH为医学研究设定的路线图 所有的分子都被平等地创造出来，但有一些比其他的更加平等。 未来的生物信息 高分辨MRI：小鼠胚胎的白质传导束发育 解答复杂疾病及状态之谜 肥胖：世界性的问题 肥胖研究的新进展：利用RNA干扰（RNAi） 人类基因组计划草图完成：我们走向何方？ DNA测序成本大大降低 新的发现加快了医学改革 基因、环境、健康倡导 － 确定了10种常见疾病的病因 －发明监测个人环境暴露情况的新方法 新发现使得“个体化”癌症治疗成为可能 药理基因组学：掌控个体差异 药物基因组学研究网络（PGRN） －全国科学家合作研究基因在人对药物反应中作用 遗传药理学和基因组药理学数据库 （PharmGKB) -收集遗传药理学相关知识信息，揭示基因型与表型间的相互关联 许多研究成果给我们以希望，例如AMD，对于老年人我们可以在患者发生不可逆的失明前进行干预。如果对AMD的高危人群补充维生素C、E、β胡萝卜素及锌，几乎25％的人可以在未来5年中避免AMD进展及视力损伤。 三个独立的研究小组宣称美国国立眼科所（NEI）的科学家已经发现补体因子H基因（CFH ）的一个常见突变是AMD的危险因素。CFH基因转录合成的蛋白可以协助调控免疫系统对损伤、异常细胞的攻击。在某些AMD患者中，眼部的炎症可能激发了某一生物学过程导致发病。 具有这一CFH基因变异的人群AMD患病率是其他人的7.4倍。 NEI主持过一项年龄相关眼病的研究，它随访了几近5,000个不同程度的AMD患者。对这些患者的基因进行的全基因组分析为第一个研究打下了基础。因为先前的研究都提示补体途径基因的改变会导致炎症反应的混乱，而这些功能的紊乱在AMD的病理形成过程中扮演了重要角色，需要研究者的进一步研究。 这项研究中的基因分析－－－包括对补体因子B（BF）和补体因子2（C2）的分析－－－包含机体制造蛋白质的指令。这些蛋白质具有激活免疫能力对抗微生物感染的作用。这些防御反应是补体途径系统的一部分。 有个遗传变异增加了AMD的患病风险，而另外两个遗传变异对这个病又有保护作用。如果结合AMD与补体H因子遗传变异的相关性，对上述结果进行分析的话，就会发现，56％不受影响的个人具有保护作用的变异，而76％的AMD患者都没有保护作用的变异。补体H因子这个基因转录的蛋白可以抑制补体系统。 DONE 二十面体丙酮酸脱氢酶复合体的截面模型，来自于对嗜热脂肪芽孢杆菌（Bacillus stearothermophilus） E1E2亚复合体的低温电子显微镜分析。60个E2分子中的3个（红色、绿色、黄色）被标识出来。E2的lipoyl结构域在环形区域内，于E2分子内核（青色）与60个E1分子（紫色）之间运动。目前考虑这种运动可能是复合体活性位点的重要作用机制。丙酮酸脱氢酶复合体是细胞能量调节的重要组成部分，调节丙酮酸的氧化脱羧过程，产生aceCoA，联系着糖酵解与三羧酸循环两大代谢途径。 卫生差距 新出现的及再度出现的传染病 老龄人群 非传染病 更加有序、高效 花费高，财政投入多 了解亚临床阶段疾病的分子水平变化，能够发现高危人群 不清楚疾病发生的分子及细胞学机制 症状出现前进行干预，尽可能维持正常功能 症状出现或功能异常时治疗疾病 21世纪 20世纪 基础研究 生物 确定目标 验证目标 化学 筛选 优化 转化 亚临床 临床 临床应用 主要问题 举例 改进的 机遇 验证复杂疾病 生物标记， 动物模型， 系统生物学， 化学基因组学 不能有效 判断 安全性和 毒理作用 生物标记， 动物模型， 信息共享 临床试验 缺乏标准 和效率 生物标记， 临床训练， 统一调节， 生物信息学 新的发现途径 未来的研究团队 重新设计临床研究企业 生物网络的复杂性 分子水平多层次的相互作用 复杂的信号传递网络中的多种靶分子 需要全新的实验及理论概念 生物网络的复杂性 —— 改编自George Orwell《动物农场》 共同标准 标准不一致 连续累积 非连续累积的 信息量大 信息量小 局部定位 不能局部定位 时间分辨率高 时间分辨率低 多维 一维 定量 定性 无创 有创 GFP连锁基因表达与功能成像 0 230 ml/gm 0 6.2 ml/gm.min MatLyLu tumor (430 mm3)