计算生物学和生物信息学在系统生物学中的应用.pdfVIP

去留无意，闲看庭前花开花落；宠辱不惊，漫随天外云卷云舒。——《幽窗小记》

计算生物学和生物信息学在系统生物学中的

应用

随着现代科学技术的不断发展，计算生物学和生物信息学的应

用越来越广泛。在系统生物学领域中，这两个学科发挥着非常重

要的作用。本文将从计算生物学和生物信息学的定义、发展历程

及其在系统生物学中的应用等方面进行探讨。

一、计算生物学的定义和发展历程

计算生物学（Computationalbiology）是指将计算机科学的概念

和方法应用于生物科学领域的一门学科。计算生物学主要包括基

因组学、蛋白质组学、代谢组学、系统生物学、生物信息学等多

个方向。计算生物学研究内容主要是利用计算机、模型和算法来

研究生物学和化学等自然科学中的问题。计算生物学的研究对象

包括基因、蛋白质、代谢物、细胞、组织、器官、生物系统和生

态系统等。

从计算生物学的发展历程来看，计算生物学是继基因组学之后

出现的一门学科。20世纪90年代初，基因组计划和DNA测序技

术的出现，使得生物学与计算机科学之间的联系日益紧密。科学

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家们开始利用计算机技术来解决大规模基因序列分析的问题。20

世纪90年代末期以及21世纪初期，GeneChip、MassSpec和

ELISA等一系列新技术的出现，使得计算生物学的研究领域进一

步得到了扩展，包括了基因表达、蛋白质互作网络、代谢通路和

生物系统等研究领域。

二、生物信息学的定义和发展历程

生物信息学（Bioinformatics）是一门应用计算机科学、统计学

和数学等学科的技术和方法，来研究生物学问题的学科。生物信

息学主要研究包括基因组学、蛋白质组学、转录组学、代谢组学

以及生物数据的挖掘和分析等方面的问题。生物信息学涵盖了各

个层面生命系统的研究，从基因结构分析到基因组学、蛋白质结

构、生物分子交互作用、代谢通路、生物系统等诸多方面，是和

计算生物学相似的学科。

从生物信息学的发展历程来看，生物信息学的发展大致经历了

三个阶段。第一阶段是基础期，于20世纪80年代快速发展起来

的分子生物学手段和方法打下了坚实的技术基础，推动了生物信

息学的产生和发展。第二阶段是速度期，由于计算机技术的不断

发展和新技术的出现，使得生物信息学迎来了一个发展的快速期。

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第三阶段是多样性期，包括系统生物学、功能基因组学、癌症基

因组学等各个新兴方向的出现。

三、计算生物学和生物信息学在系统生物学中的应用

系统生物学是研究生物系统的结构、功能以及相互关系的一门

学科。它是将生物学、生物化学、物理学、计算机科学、数学和

工程学等多门学科的理论和方法相结合，来研究生物系统的综合

性学科。计算生物学和生物信息学在系统生物学中扮演着非常重

要的角色，它们的应用为系统生物学的研究提供了有力的工具和

技术。

1.代谢途径的建模和分析

计算生物学和生物信息学可以通过建模和网络分析来研究代谢

途径。代谢途径是生物体内质量传递、信息传递和能量转移的基

本基础，因此对代谢途径的研究对于人类疾病的预防和治疗具有

重要意义。代谢途径的建模和分析能够为疾病的早期诊断、治疗

和新药研发提供重要的帮助。

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