病原基因組學-omics免疫學與微生物學系

人類基因組計SystemBiologyandIntegrativeOMICsSystemBiologyandIntegrativeOMICs基十億用測定((/)TheTheComputationalBiologyWhatisUnderstandingOurGeneticInheritance.TheUSHumanGenomeProject:TheFirstFiveYears1991-1995.NIHNo.90-1590,April,1數(shù)學、統(tǒng)計 物 物理學、化信息、系統(tǒng)與計算科生物分 數(shù)

計算 –DNA分– 2FromtheCelltoProteinFromtheCelltoProtein改變傳統(tǒng)研究方式為疾病的診斷和治療為設計新藥提供生物信息學將是21以核酸蛋白質(zhì)等生物大分子為主要研究對以信息、數(shù)理、計算機科學為主要研究手以計算機網(wǎng)絡為主要研究環(huán)以計算機軟件為主要研究工對序列數(shù)據(jù)進行存儲、管理、注釋、加對各種數(shù)據(jù)庫進行查詢、搜索、比較、分構(gòu)建各種類型的專用數(shù)據(jù)庫信息系研究開發(fā)面向生物學家的新一代計算機軟基因組序列裝 ?蛋白質(zhì)序列分基因識 ?蛋白質(zhì)家族分基因功能預 ?蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預基因多態(tài)性分 ?蛋白質(zhì)折疊研基因進

代謝途徑分轉(zhuǎn)錄調(diào)控機基因芯片設 ?蛋白質(zhì)芯片設基因芯片數(shù)據(jù)分析?蛋白質(zhì)芯片數(shù)據(jù)疾病相關(guān)基因分析?藥物設3NCBINationalCenterforBiotechnologyInformation(US) EuropeanBioinformaticsInstitute(EU)HGMPHumanGenomeMappingProjectResourceCentre(UK)ExPASyExpertofProteinAnalysisSystem(Switzerland)CMBICentreofMolecularandBiomolecule(TheNetherlands)ANGISNationalGenomeInformationService(Australia)NIGNationalInstituteofGenetics NationalBioinformaticsCentreNCBIEntrezinterfacetoBLASTFive-plusflavorsofHumanBiologicalTool:COG;Geneexpressionomnibus(GEO);dbSNPMuch,muchSwissProtSwissProtEBISRSdatabase–EMBL,SwissProt,andmanyEBISRSdatabase–EMBL,SwissProt,andmanyManyserver-based–ClustalW,DALI,Extensivecross-linkingtootherdataSwissProtisthe‘gold-standard’bywhichotherdatabasescanbemeasured,andisthebestplacetostartifyouhaveaspecificproteintoinvestigateAAPseudo-RtionalOnlineServiceandInteractive4DatabaseGenbank/EMBL/DDBJ,Medline,DatabaseGenbank/EMBL/DDBJ,Medline,SwissProt,PDB,SequenceBLAST,MultiplesequenceClustal,MultAlin,GeneGenscan,GenomeScan,GeneMark,ProteinDomainanalysisandpfam,BLOCKS,PatternGibbsSampler,AlignACE,ProteinFoldingPredictProtein,

Bacillussubtilis

AfewmoregenomeresourcestobeawareHumanGenome–TIGR(TheInstituteforGenomics–Celera

Escherichia

(Model)Organismspecific–Yeast:http://genome-

Arabidopis:Mouse:Fruitfly:Nematode:

Aquifexaeolicus

NucleicAcidsResearchDatabase–/(Firstissueevery BasicLocalAlignmentSearch

Itisusedtocompareanovelsequencewiththosecontainedinnucleotideandproteindatabasesbyaligningthenovelsequencewiththepreviouslycharacterizedgenes.Theemphasisofthistoolsistofindregionsofsequencesimilarity,whichwillyieldfunctionalandevolutionarycluesaboutthestructureandfunctionofthisnovelsequence.

NCBI

identifyanunknownsequencefindothermembersofmultigenefindrelateddeterminewhichregionsareconservedbetweenproteinsornucleicacids(i.e.mostbiologicallysignificant)findoverlappingregionswhenassemblingsequencingreactionsintoafinalsequence5Similarity&Identical(相同)Whenacorrespondingcharacterissharedbetweentwospeciesorpopulations,thatcharacterissaidtobeidentical.Similar(相似)ThedegreetowhichtwospeciesorpopulationsshareAnalogous類似Whencharactersaresimilarduetoconvergentevolution(趨同進化),theyare

Homologous(同源)Whencharactersaresimilarduetocommonancestry,theyareOrthologous(直系同源)Whencharactersarehomologouswithconserverdfunction,theyareParalogous(旁系同源)Whencharactersarehomologouswithdivergentfunction,theyare動態(tài)規(guī)劃算法:(dynamicprogramming)計算比于mxn次(O(mn)次)比較，只有在超級計在速度上大大提高了(FASTP,FASTA)。

BLAST是BasicLocalAlignmentSearchTool的縮寫，它結(jié)合了上述兩索工具，由AltschulSFetal(1990)提參考文獻:S.F.Altschul,W.Gish,W.Miller,W.MyersandD.J.Lipman.BasicLocalAlignmentSearchTool.J.Mol.Biol.215403-410(1990)6Globalvs.Local

Globalvs.LocalGappedBLAST:新版BLAST，允許在它產(chǎn)生的比對(alignments)中存在缺口(gap)PSI-BLAST(Position-Specific被發(fā)現(xiàn)。它是目前BLAST程序家族

QBLAST一種新的系統(tǒng)，允許用戶以他們方便的方式檢索GappedBLAST結(jié)果，并且可以PHI-BLAST(Pattern-HitInitiatedBLAST):模式發(fā)現(xiàn)迭代BLAST用蛋白查詢來搜索蛋IgBLAST:IgBLAST被開發(fā)出來以便于分析在根據(jù)Kabatetal來注解免疫球蛋白

PowerBLAST:PowerBLAST是一個程序，允gappedBLAST算法，過濾和物種特異的輸BLASTE-mail服務器:基于e-mail的序列相blast@ncbinlmnihgov寫一封只有內(nèi)容為7單獨的BLAST(standaloneblast):下進制版本有IRIX6.2，Solaris2.6，DECOSF1(ver.4.0d)，LINUX和

BlastSearch找出待檢索序列A中所有長度為w的連續(xù)片段a1,a2,a3,…ai…,出所有分值高于Tw長度的序列bi1,bi2,bi3…Tis neighborhoodwordscore以所有分值大于T的w長度序列bij列，從數(shù)據(jù)庫中檢索出所有包含有bij的發(fā)分加分，isatch片段稱為scoringsegentpair，高分片段對絲氨酸(Ser)和蘇氨酸(Thr)(都是極性。在計算比對分之時，相同的氨矩陣增強了比對的敏感性。

突變模型上的就是一個進化的變異單位即的氨基酸改變。每個氨基酸隨機發(fā)生取代的頻率稱為背景頻率比較差異極大的序列時，通常在較高的BLOSUM用了不同的策略，基本數(shù)據(jù)來源于BLOCKS數(shù)據(jù)庫，其中包括了局部多重比對中使用較近的相關(guān)序列相反）得數(shù)據(jù)而不是通過外推獲得。同模型一樣，也有許多編號的2的相同比例的序列被組合成一個序列。取代矩陣在處理高度相似序列時使用高的閾

formatdb建庫命令(indices)，序列(sequences)(headers)文件。生成的文件的擴展名分別是：.pin、.psq、.phr（對蛋白質(zhì)序列）.nin、.nsq、.nhr（對核酸序列）文件同時生成：.pni和.pnd（或.nni8formatdb常用參數(shù)：-t:數(shù)據(jù)庫的標-i:需要創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫的文件-l:日志文件-n數(shù)據(jù)庫文件的base

formatdbformatdb-t“E.coligenome”-iU00096.fna-pF-oT-necoliformatdb-t“ClustersofOrthologusGroups”-iCOGsDBformatdb-t“Non-RedundantProteinDatabase”-inr-oTblastall通用檢索命令：blastall它可以選擇5種不同的程序：用于分析新的DNA序列用于更進一步的分析blastall-o:查詢結(jié)果輸出文-m:比對結(jié)果顯示格式選項，缺省值為-I:在描述行中顯示gi號[T/F]，缺省值-v單行描述（one-linedescription）的-b顯示的比對結(jié)果的最大數(shù)目，缺省

blastall可以使用“blastall獲取在線幫助。-p:執(zhí)行的程序名-d:檢索的數(shù)據(jù)庫名-i:要查詢的序列文件名(Query-e:(數(shù)學)期望值(Expectationvalue)，E值是個統(tǒng)計閾值，缺省值10,意指比對結(jié)果中由于隨機偶然性產(chǎn)生的配結(jié)果不大于10,E值越小結(jié)果越可靠blastall-F對于要查詢的序列做低復雜度區(qū)域(lowcomplexityregions,LCR)的過用“N”代替，蛋白質(zhì)序列用“X”代替9blastall-q:一個核酸堿基的錯配(mismatch)的罰分（只對blastn有效），缺省值--r一個核酸堿基的正確匹配(match)的-M:所使用的打分矩陣，缺省

blastall命令舉例:blastall-pblastn-iU00096.ffn-d U00096_Vs_ecoli_blastn.out-FFblastall-pblastp-iU00096.faa- -o -0.01-b1-v1-Tblastall-pblastx-iU00096.ffn- -oU00096_Vs_NR_blastx.htm 1e-5-b1-v1ThedifferentThedifferentversionsofGenBankExpressedsequencetagssequencetaggedsiteshighthroughputgenomicsequencesgenomesurveysequences搜集了靈長類動物的Alu

genomeatworkandisadynamicprocess.Proteomicscanbedividedintoexpressionproteomics,thestudyofglobalchangesinproteinexpression,andcell-mapproteomics,thesystematicstudyofprotein-proteininteractionsthroughtheisolationofproteincomplexes(BlackstockandWeir

蛋白質(zhì)組學定義為什么除基因組學外還要研究蛋白質(zhì)組學 基遺傳密轉(zhuǎn)翻蛋白質(zhì)三維結(jié)線性多肽（無功能活性 生命活動的分子基DNA結(jié)構(gòu)與功基因、基因組學與RNA結(jié)構(gòu)與功蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)組分子生物學及相關(guān)技細胞生物學及相關(guān)技遺傳、發(fā)育、疾病與進化相關(guān)知識的積新技術(shù)的突核酸/基因：世代遺 蛋白質(zhì)：執(zhí)行功1

（HumanGenome（Postgenome結(jié)構(gòu)生物學 2003年12月15日，國際人類蛋白質(zhì)組計劃）啟動由賀福初院士牽頭的“人類肝臟蛋白質(zhì)計劃”二十—世紀組二十—世紀組蛋白年度獎項授予了參與中國領導的人類肝臟蛋 生命生命的“萬花筒蛋白質(zhì)的多樣翻譯后修移相互作翻譯后拼構(gòu)象變蛋白質(zhì)功能確定：如分析酶活性和確定酶底物，細胞因子的生物分析配基于蛋白質(zhì)功能的了解。的熒光蛋白表達系統(tǒng)就蛋白質(zhì)組組成蛋白質(zhì)的分離、鑒定蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)用于用于蛋白質(zhì)分離技術(shù)方面的如雙向凝膠電（2-DE）、雙向“高效”柱層析等用于蛋白質(zhì)鑒定的技術(shù)如質(zhì)譜技術(shù)、凝膠圖像分析、蛋白質(zhì)和多肽的N端、C端測序及氨基酸組成分析等。液相蛋白芯片系統(tǒng)-新型的蛋白質(zhì)研究平用于分析大量數(shù)據(jù)的生物工程信息學等蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能ProteomicsandbiologyProteomeIdentifyingasmanyaspossibleoftheproteinsinyoursample

Identificationofproteinsinaparticularsampleasafunctionofaparticularstateoftheorganismorcell

Identifyinghowandwheretheproteinsarequantitationor

interactions/Protein-networkmappingDetermininghowtheproteinsinteractwitheachotherinlivingToolsofProteinseparationtechnologySimplifycomplexproteinmixturesTargetspecificproteinsforMassspectrometryProvideaccuratemolecularmassmeasurementsofintactproteinsandpeptidesProtein,EST,andcompletegenomesequenceSoftwareMatchtheMSdatawithspecificproteinsequencesin

（第一維

SDSPAGE電泳（第二維

圖象斑點背景蛋白質(zhì)在圖譜上的蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)差異（上調(diào)、下調(diào)或出現(xiàn)、消失圖象掃圖象掃描計算機和PDQUEST軟8 質(zhì)譜（MassSpectrometry）－按照化

MassSpec+_ Mass+_（1)高靈敏度，可測10-8克以下分子（2)快速，數(shù)分鐘內(nèi)即可完成測試（3)能分析分子質(zhì)量和結(jié)構(gòu)信息（4)既可用于定性分析，也可用于定量分析（5)能有效地與各種色譜聯(lián)用，如GC／MS等，用于復雜體系分析

約翰·芬 田中耕 庫爾特·維特里“發(fā)明了對生物大分子的質(zhì)譜分析法 Twobasic基質(zhì)輔助激光解吸電離MALDI-TOFMatrix-assistedLaserDesorption電噴霧電離（ESI）：HPLC–ESI-MS/MSElectrosprayIonization

MALDI-TOF

不適合分析蛋白質(zhì)的混合物

較低的高通量

烷基硫酸鈉—聚丙烯酰胺凝膠電泳（SodiumDodecylSulfate-PolyacrylamideGelElectrophoresisSDS—PAGE）利基于2D-PAE的經(jīng)典定量分析方法1、樣品準備和定量：2、蛋白質(zhì)分離蛋白質(zhì)經(jīng)過PAGE分離后染Master7.0分析出質(zhì)譜鑒定差異點白質(zhì),同時應用軟件分析出其表達量的變化。

DIGE—雙向熒光差異凝膠電泳，利用熒光染料（Cy2,Cy3,4：定量精確,不同實驗組的。ImageMaster70（DIGE)分析同一蛋白質(zhì)不同處表達量變化3:3:化學標記法—簡介試劑是可與氨基酸末端氨基及賴氨酸側(cè)鏈氨基連試劑標記不同樣本中的同一蛋白質(zhì)表現(xiàn)為相同的質(zhì)荷比。譜中，信號離子表現(xiàn)為不同質(zhì)荷比3:化學標記法—3:化學標記法—與傳統(tǒng)基于雙向電泳定量分析相比，iTRAQ具有以下技術(shù)優(yōu)勢：1：靈敏度高，檢測限低，可檢測出低豐度蛋3:高通量：同時對8個樣本進行分析，提高了實驗4：結(jié)果可靠：定性與定量分析結(jié)果更加可靠5：自動化程度高：液相與質(zhì)譜連用，分析速度快，分離效果好1、報告部分：有八種，因此iTRAQ2、肽反應部分：能與肽端及賴氨酸側(cè)鏈發(fā)生共價連接而標記上肽段，幾乎可以標記所有蛋白質(zhì)。3:3:化學標記法—4:4:isotopelabelingwithaminoacidsincellculture，SILAC)素型必需氨基酸的培養(yǎng)基進行細胞培養(yǎng)，用于SIL主要的穩(wěn)定同位素氨基酸是和,細胞在傳代培養(yǎng)過程5-6代后，細胞的所有蛋白質(zhì)將被同位素標記，等量混合標記的蛋白質(zhì)后經(jīng)過分離和質(zhì)譜分析，通過。4:技術(shù)優(yōu)勢——

4:13C615N4)等培養(yǎng)細胞，4:5.5.HPLC分離肽段多級質(zhì)譜法(M(isotopecodedaffinitytags)．heavyreagent:d8-ICAT(X=deuterium)lightreagent:d0-ICAT(X=hydrogen)IEmerging肽段的氨基端、賴氨酸氨基的?；部梢該饺送凰兀瓹agney等發(fā)明了一種稱之為肽段的氨基端、賴氨酸氨基的?；部梢該饺送凰兀瓹agney等發(fā)明了一種稱之為MCT(mas-codedabunaceagging利用免疫化學的特點定量分析蛋白質(zhì)是一類相當成熟的技術(shù)，如蛋白質(zhì)印跡(Westernblot)，酶聯(lián)免疫吸附測定(ELISA)．這種方法應用于蛋白質(zhì)組分析的關(guān)鍵問題是能否找到一類廣普性識別的抗體．——目前公認的理想方法是熒光染色，最常用的是M——目前公認的理想方法是熒光染色，最常用的是MolecularProbe公司生產(chǎn)的SyProRuby．這種試劑在敏感性(100fmo1)和動力學方面(100)都基本可以滿足蛋白質(zhì)組定量分析的要求Biolmage2DInvestigator，ImageMaster2一DElite，Melanie和PDQuest35S甲硫氨酸摻入到蛋白質(zhì)合成中的方法，是一種廣泛應用于細菌蛋白質(zhì)研究體內(nèi)蛋白質(zhì)代謝的經(jīng)典方法，將不同微生物分別與含有S甲硫氨酸的培養(yǎng)液孵育一段時間，提取細胞蛋白質(zhì)進行雙向電泳分離．分離的蛋白質(zhì)同時用銀染和放射性自顯影檢測，依據(jù)相對密度測定蛋白質(zhì)表達的高低．將同種細胞在含有兩種不同的同位素(14C和3H)培養(yǎng)液中培養(yǎng)，并經(jīng)過不同的處理．14C和3H會摻入到細胞內(nèi)合成的蛋白質(zhì)中去．將等量的細胞混合，提取蛋白質(zhì)進行雙向電泳．蛋白質(zhì)的定量比較通過放射自顯影來完成．在這一過程中，需要兩種不同的感光膠片：一種只對14C敏感，另一種對14C和3H都敏感．通過放射自顯影和圖像分析，不同樣品中相同蛋白質(zhì)的14C／3H的比率可以被測定出來，從而達到了蛋白質(zhì)組間定量比較的目的是蛋白質(zhì)組進行功能分析的新技植物蛋白質(zhì)組學研究內(nèi)容：作物蛋白質(zhì)組A:不同組織器官蛋白質(zhì)組B:作物遺傳多樣C:作物發(fā)育蛋白質(zhì)組D:作物抗逆、抗病相關(guān)蛋白質(zhì)組E:病原菌致病相關(guān)蛋F:蛋白質(zhì)標記遺傳作圖與數(shù)量性狀QTL：豆科植物與根瘤菌互作蛋白質(zhì)組：禽獸蛋白質(zhì)組：其

：家禽：家蠶、害蟲等物種免疫與抗逆生理研：畜禽產(chǎn)品質(zhì)量相關(guān)形狀研：水生生物疾病生理研：其：：實體腫瘤組織研：腫瘤細胞系相關(guān)機理研：血細胞和血液系統(tǒng)：其：病原微生物治病相：食源性病原微生物相關(guān)蛋白的鑒：微生物固氮相關(guān)蛋：微生物環(huán)境脅迫相：其已發(fā)現(xiàn)作為疫苗的B已發(fā)現(xiàn)作為疫苗的BCG菌株與致病的結(jié)核分枝桿菌(肛tuberculosis)和牛分枝桿菌(bovis)相比有三個片段缺失，其中包括含8個ORF的RD1。通過2DE分析發(fā)現(xiàn)tuberculosis和蛋白質(zhì)譜類似，而BC中有額外l0個蛋白表達，另外有一些蛋白質(zhì)表達量有差異。當將RD1區(qū)轉(zhuǎn)入BCG菌株后，其形成的蛋白質(zhì)譜就與bov／s類似。說明RD1區(qū)的缺失可能抑制了分枝桿菌中一些蛋白質(zhì)的合成，使BCG菌株的毒性降低。Haas等用不同胃部疾病患者血清對幽門螺桿菌26695菌株2DE進行免疫反應，將得到的抗原識別譜進行了系統(tǒng)的分析．鑒別了只與幽門螺桿菌感染活動期患者的血清有免疫反應的7個蛋白質(zhì)，其中HtrA(血清蛋白酶)、Cag3和HP0231是新發(fā)現(xiàn)的特異性抗原。在研究中還發(fā)現(xiàn)與潰瘍患者血清反應的蛋白質(zhì)陰顯多于胃炎患者血清，而且有些蛋白質(zhì)如30S核糖核蛋白s5、延胡索酸還原酶、信號識別蛋白等，也以某種模式被潰瘍患者血清識別Singh等在研究金黃色葡萄球菌時發(fā)現(xiàn)，作用于細胞壁的抗生素苯唑西林、頭孢噻吩、萬古霉素等能引起至少9個蛋白質(zhì)表達量增加，已鑒定的5個蛋白分別是：甲硫氨酸亞砜還原酶(MsrA)、信號轉(zhuǎn)導蛋白(TRAP)、轉(zhuǎn)錄延伸因子(GreA)、熱休克蛋白(GroES)和烯醇丙酮酸磷酸一糖磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)的一個組分?？赡芗毦艿奖竭蛭髁值瓤股氐?。StructuralStructuralProteomics:The代謝組學作為一門新發(fā)展的技術(shù),代謝組學作為一門新發(fā)展的技術(shù),它是通過考察生物體系受刺激或擾動后(如將某個特定的基因變異或環(huán)境變化后)其代謝產(chǎn)物的變化或其隨時間的變化,來研究生物體系的代謝途徑的一種技術(shù);它所關(guān)注的是相對分子質(zhì)量為1，000以下的小分子。對內(nèi)源性代謝物質(zhì)的整體及其動態(tài)對規(guī)律進行檢測，量化和編確定此變化規(guī)律和生物過程的有機代謝組學的代表性研究是Fiehn等的工作,他們用氣相色譜/質(zhì)譜(GC/MS)在擬南芥葉抽提物中自動定量了326個峰,并確定了其中149個化合物的化學結(jié)構(gòu)色譜、質(zhì)譜、核磁共振(NMR)、紅外光譜、庫侖分析、紫外吸收、熒光散射、發(fā)射性檢測、光散射等分離分析手段及其組合都出現(xiàn)在代謝組學的研究中。其中,色譜以其高分離度、高通量質(zhì)譜以其普適性、高靈敏度和特異性核磁共振技術(shù)特別是H色譜、質(zhì)譜、核磁共振(NMR)、紅外光譜、庫侖分析、紫外吸收、熒光散射、發(fā)射性檢測、光散射等分離分析手段及其組合都出現(xiàn)在代謝組學的研究中。其中,色譜以其高分離度、高通量質(zhì)譜以其普適性、高靈敏度和特異性核磁共振技術(shù)特別是H12NMR以其對含氫代謝產(chǎn)物的普適性而成為最主要的分析工具;由于液2質(zhì)聯(lián)用(C/MS)和氣－質(zhì)聯(lián)用能分析范圍很廣的代謝組分因此也成為代謝組學研究分析中的很重要的工具。代謝物靶標分析代謝物靶標分析(etabolitetargetanalysis):對某個或某幾個特定組分的分析。在這個層次中,需要采取一定的預處理技術(shù)物以提高檢測的靈敏度。代謝輪廓(譜)分析(etabolicprofilinganalsis):對少數(shù)所預設的一些代謝產(chǎn)物的定量分析。如某一類結(jié)構(gòu)、性質(zhì)相關(guān)的化合物(如氨基酸、順二醇類)、某一代謝途徑的所有中間產(chǎn)物或多條代謝途徑的標志性組分。進行代謝輪廓(譜)分析時可以充分利用這一類化合物的特有的化學性質(zhì),在樣品的預處理和檢測過程中,采用特定的技術(shù)來完成。代代謝組學(metabonomics)對限定條件下的特定代謝組學研究時,樣品的預處理和檢測技術(shù)必組學涉及的數(shù)據(jù)量非常大,因此需要有能對其代謝指紋分析(metabolicfingerprintinganalysis):不分離鑒定具體單一組分而是對樣品進行快速分類(如表型的快速鑒定)。系統(tǒng)生物學是系統(tǒng)性地研究一個生物系統(tǒng)中所有組成成分（基因、mRNA、蛋白質(zhì)等）的構(gòu)成以及在特定條件下這些組分間的相互關(guān)系，并分析生物系統(tǒng)在一定時間內(nèi)的動力學過程。系統(tǒng)生物學從系統(tǒng)生物學從系統(tǒng)水平來理解生物學系統(tǒng)，利用一系列的原理與方法學來研究分子行為與系統(tǒng)特性與功能的關(guān)系，通過計算生物學來定量闡明和預測生物的功能、表型和行為。

人類基因組計分子生物學基因建立成為可

擬穩(wěn)理論模型的數(shù)據(jù)不充理論模型的數(shù)據(jù)不充與與

還原主將生物學還原到分子水研究對象生物系統(tǒng)的組成部（個別基因、個別蛋白質(zhì)

整體主從系統(tǒng)層次上理解生物系研究對象與系統(tǒng)與系統(tǒng)生物學——大科學工側(cè)重從實驗中獲取數(shù)（data實驗的深層次成果往往被忽 獲得深層次成果理論創(chuàng)

LeroyHood，人類基因組計劃的發(fā)起人之世界上第一個系統(tǒng)生物學研究美國能源部2002年啟動了21世紀美國能源部2002年啟動了21世紀系統(tǒng)生物學技術(shù)平麻省理工學院和哈佛大學成立了系統(tǒng)生物學研究Citrate系統(tǒng)理論和系統(tǒng)思想對于我國知識分子并不陌生。1980年代在我國學術(shù)界曾經(jīng)流行過“三論”——系統(tǒng)論、信息論和控制論，其中的“Citrate系統(tǒng)理論和系統(tǒng)思想對于我國知識分子并不陌生。1980年代在我國學術(shù)界曾經(jīng)流行過“三論”——系統(tǒng)論、信息論和控制論，其中的“系統(tǒng)論”是指奧地利科學家貝塔朗菲 系統(tǒng)論”（generalsystemtheory）。盡管貝Sohowcanwemeaningfullyintegratethedata?Genomics,Proteomics&SystemsBiologyGenomics,Proteomics&SystemsBiologySystems StructureStructure&Pathways德·隨著隨著“人類基因組計劃‘的完成，結(jié)構(gòu)基因測序的突破，由此延伸的“后基因組計劃”即以功能基因鑒定為中心的“功能基因組學”應運而生。后基因組計劃利用結(jié)構(gòu)基因組計劃所提供的信息和產(chǎn)物，發(fā)展和應用新的技術(shù)手段，通過在基因組或系統(tǒng)水平上全面分析基因的功能，使得生物學的研究從單一基因或蛋白質(zhì)的研究轉(zhuǎn)向多個基因或蛋白質(zhì)同時進行的系統(tǒng)研究，為在整體水平上探討生命活動規(guī)律奠定了基礎。目前國際基因組研究開發(fā)的總體趨勢已發(fā)生了新的變化。2001年2月，國際著名雜志Natur和Science分別發(fā)表國際公共領域人類基因組合作計劃和美國a公司同時公布的人類基因組圖譜，預示著一場以排列人類基因組DNA全序列的“結(jié)構(gòu)基因組”的研究階段基本完成。基因組研究翻開了歷史新篇章，一個以破譯、解讀、開發(fā)基因組功能信息為主要研究內(nèi)容的時代已經(jīng)開始，即轉(zhuǎn)入對基因組功能的研究。SystemsSystemsScience,vol.295,March1,小科學 大科學 系統(tǒng)生物 比較建立/組學（Omics），基因組學、轉(zhuǎn)錄組學、蛋白質(zhì)組學、代謝組學、相互作用組學、表型組學和計算機生物學等DNA芯片基因組所有基組學（Omics），基因組學、轉(zhuǎn)錄組學、蛋白質(zhì)組學、代謝組學、相互作用組學、表型組學和計算機生物學等對mRNA文庫的分析來檢測 一步使用質(zhì)譜來分析。蛋白－蛋白相互作用常用酵母雙雜交技術(shù)。DNA－蛋白相互作用利用DNA芯片研究蛋代謝組分 典型方法是GC-MS或LC-。2，從基因到細胞、到組織、到個體的各個層次的整3，研究思路和方法的整4，學科的整合（“干”-“濕”整合

實驗生物科系統(tǒng)生物（假設驅(qū)動系統(tǒng)生物蛋白質(zhì)相互作蛋白質(zhì)結(jié)基因克基 組（蛋白質(zhì)

1，2，

（發(fā)現(xiàn)的科學

前分子生物前分子生物學時生命是活分子生物學時生命是機后基因組時生命是信命 命統(tǒng) 統(tǒng) 信 流

—系統(tǒng)生物學是一門實驗科學：干涉—系統(tǒng)地、定向地、高通量的進行

論物理學Mademanynon-identicalelementsMademanynon-identicalelementsComplex—系統(tǒng)生物學就是應用生物的、遺傳的或化學的方法系統(tǒng)地干擾生物系統(tǒng)，檢測所有相關(guān)基因、蛋白質(zhì)和信號通路的反應，整合這些數(shù)據(jù)，并最終建立數(shù)學模型以描述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和對外部作用的反應?！狶.

biology),其目標是要重構(gòu)和描述同樣是復雜系統(tǒng)的某個M.W.基序模塊一一GCskewCodonGeneISelement和ThemostTheGLIMMERsystemconsistsoftwo1.build-imm,takesaninputsetofsequencesandbuildsThemostTheGLIMMERsystemconsistsoftwo1.build-imm,takesaninputsetofsequencesandbuildsandoutputstheIMMforthemTrainingdata:longORF;known2.glimmer,usesthisIMMtoidentifyputativegenesinanentiregenome：itfirstidentifiesallorfslongerthansomespecifiedthresholdvalue,andscoreseachoneinallsixreadingThosethatscorehigherthanadesignatedthresholdinthecorrectreadingframearethenselectedforfurthermanyofthegenesinnewgenomesstillhavenosignificanthomologytoknowngenesGeneGeneGeneMark:hiddenMarkovGlimmer:interpolatedMarkovZ-CURVE:globalstatisticalfeaturesofprotein-codinggenesbytakingthefrequenciesofbasesatthreecodonpositionsintoaccount基因預測-

基因預測- LetthefrequenciesofoccurrenceofbasesA,C,GandTbedenotedbya,c,gandrespectively.Obviouslya+c+g+t=1,0<a,c,g,t<1Thesumofdistanceofanypointwithinaregulartetrahedron(RT)tothefourfacisaconstant,itsheighth.Settingtheh=1.LettingthefourfacesoftheRTrepresethefourbasesA,C,GandT,respectively,andlettingthedistanceofapointPwithintheRTtothefourfacesA,C,GandTbeequaltoa,c,gandt,respectively,thenwemapthefourrealnumbersa,c,ganduintoadefinitepointinthisRT.SeekallORFsfromtheSelectORFslongerthan500bpanddonotoverlapwithanyotherORFsas‘seed’ORFs.ForGC≥56%，通過公式計算，找出至少個’seed’Producenegativesamplesbasedon2.2.同源基因的標準：沒有統(tǒng)一標準，但至少Evalue<1e-5;如標準嚴格：兩蛋白序列長度相當；Alignmentlength>75%ofsmallerprotein

Ninehiddenstatesweredefined,correspondingtothefunctionalunitsofbacterialgenomes,namely‘HMMwith

aTypicalgeneinthedirectaTypicalgeneinthereverseanAtypicalgeneinthedirectanAtypicalgeneinthereverseanon-coding(intergenic)(vi/vii)start/stopcodonsinthedirectstrand,(viii/ix)start/stopcodonsinthereverseThenames‘Typicaland‘Atypicalwereusedforthefollowingreason.FortheE.coligenomeitwasshownthatthemajorityoftheE.coligenesmainlybelongtotheclusterofTypicalgenes,whilemanygenesthatarebelievedtohavebeenhorizontallytransferredintotheE.coligenomefallintotheclusterofAtypicalgenes.Anycodingaswellasnon-codinghiddenstateisallowedtogenerateanucleotidesequence,observedsequence,ofthelengthofhiddenstateduration.1）根據(jù)1）根據(jù)預測軟件的打分來判斷，分值越高越可信2）通過注釋過程中與已知基因的比對，來幫助鑒定3）用不3）用不同軟件預測，預測出的共有基因一般可信usetheapprovedUseusetheapprovedUseaconcisename,notadescriptionor可使用基因符號，但第一個字母必須大名字中盡量用小寫字母，除非是DNA,ATP等必須大寫為‘xxxdomain’-containingprotein.對于沒有同源基因的預測基因，命名為如果同源基因名稱為hypotheticalprotein,我們命名conservedhypothetical名字中不要含有物種，結(jié)構(gòu)等信COG是ClustersofOrthologousGroupsofproteins的簡寫，意思CDD:ConservedDomain

利用COG(ClustersofOrthologousGroups)分

rRNA操縱元一般由16S、23S和5SrRNA組成，通過與已知的tRNA基因則可以通過能夠預測出所有種常見氨基酸的GCskew-Replicationoriginand

CodonLateralGeneTransferandGene

ISISelement對于新的ISelement斷出transposase，然后再向transposase的兩側(cè)尋找ISelement的特ISfinder：http://www-isbiotoulfr/isKEGGAutomaticAnnotationProteinSubcellularPSORTbpredictions:C,cytoplasmic;E,extracellu