因为人类基因组计划的完成它已成为越来越清楚,大多数的表型 - 在有机体中观察到的特征 - 不从单个基因或孤立的事件导致。相反,他们从数以千计的分子组成的活动出现,因为它们复杂的调控网络中进行互动。这些组分,包括核酸,蛋白质,代谢物和小分子,所有一起工作,以产生特定的性状。

如果监管网络内的谨慎平衡失调 - 例如,通过基因突变,一种特殊的蛋白质,感染因素或环境因素影响生物体生理的表达 - 一连串事件可能随之而来的是,在表型改变的结果。在许多情况下,这样的事件可能会导致与疾病相关的表型。

从这个角度来看,现在面临生物学家的挑战是了解如何蛋白质之间的相互作用,细胞的调节逻辑,进化在基因水平,和表观遗传影响所有的工作(通过除DNA序列的其他因素引起的基因表达的遗传改变)在一起,以产生生理和病理特征。解决这一挑战要求所有参与正常细胞,组织,并最终生物体的特定行为的分子相互作用的的深入,全系统的表征,并鉴定这些相互作用不同于疾病状态如何不同。

加入定量的分析和实验

研究人员在系统生物学的太阳城平台部门寻求在这一高度复杂的理解生物学。在协作,多学科的团队工作,我们的工作就是:

  • 地图和在分子水平上重建细胞调控网络
  • 使用计算机模型来预测这些网络处理的基因组和表观基因组多样性如何导致生理或病理表型
  • 实验验证从这些模型得出的计算预测
  • 开发新技术,在系统水平上研究生物学

这个新的系统级方法生物学需要的生产和大量的数据分析。它只有在与几个革命性的新技术的到来在过去十年成为可能,包括:1)观察和比较大量的网络干扰的高通量筛选设备,和2)新一代基因测序平台,使我们能够比较不同条件下的群体或基因表达中的许多个体的基因组。在 太阳城平台基因组中心,这些技术帮助我们确定在系统级别的因果差异,不只是统计上,具有鲜明的表型相关。此外,为阐明大分子结构和生成代谢,磷酸化蛋白质组学和表观型材新的高通量技术在识别影响蜂窝网络的自发行为的因素都已经发挥着重要作用。

现在面临的生物学家面临的挑战是了解从表型复杂的分子网络是如何出现的。

也对我们的工作关键是要整合和分析各类使用大型超级计算机上运行的计算算法的数据的能力。我们的 中心计算生物学和生物信息学(c2b2) 已在系统生物学的部门的发展中发挥了特别重要的作用。 c2b2研究人员已经开发出几十种算法进行计算生物学的研究,并通过一个名为geworkbench公开访问的平台,使这些可用。这些 软件工具 可用于范围广泛的生物现象,包括基因调控网络,分子结构,以及调节基因表达的因子建模。我们还内置了 计算集群 这是进行在系统和分子生物学研究的最大的平台之一。这些资源使我们能够开发,然后可以在实验室中进行测试的监管网络的模型。

研究领域和目标

定量分析,高通量实验和技术的融合发展是哥伦比亚系统生物学的标志。我们所做的一切,系统生物学系讲相结合的实验,并汇集了理论和实际应用的定量方法的重要性。这种方法使我们能够追求研究在广泛的领域,包括:

  • 蛋白质的结构,功能,和定位的预测
  • 蛋白质 - 蛋白质和蛋白质-DNA相互作用的研究
  • 基因表达分析和调控网络结构的预测
  • 复杂的研究遗传性状
  • 重建和代谢网络分析
  • 蜂窝网络的动态模拟
  • 图像分析和解读

我们的目标不只是产生新的生物见解,而且要发展创新的算法,技术和方法,这将导致未来发现。此外,我们的很多工作都是围绕推动相关领域,如癌症,免疫学,干细胞,发育生物学,神经退行性疾病和代谢综合征如糖尿病生物学问题进行组织。最终,我们的希望是,生物网络中隔离的关键点可能有助于确定疾病的生物标志物的最终或导致新的战略,改善人类健康。