14、系统生物技术：生物技术发展的新范式

系统生物技术：生物技术发展的新范式

引言

近年来，高通量生物学研究的进展加速了从DNA序列到代谢通量等不同层面生物数据和信息的积累。这种由技术驱动的发现科学，不仅能识别生物系统的单个组件和分子，还能在全球范围内描述它们的功能和相互作用。目前，已经产生了大量关于整个基因组序列、蛋白质组、转录组以及各种生物体的数据，但这些数据亟待新的整合分析策略。

生物系统是复杂的，众多简单相同元素之间的相互作用，以及不同多功能元素之间的选择性和非线性通信，导致了系统复杂而连贯的行为。即使在单个细胞中，各种生化过程也通过复杂的分子相互作用网络和途径无缝整合，以实现物质和能量的产生、信息的传递以及基因表达的调控。因此，需要系统级的方法来理解生物系统在全球背景下的组织，并最终发现用于解读生命系统功能的真正知识图谱，这些方法被统称为“系统生物学”。虽然已经提出了一些正式框架，但在设计用于表示、操作和模拟复杂生物系统的适当模型方面仍有许多工作要做。

这种系统方法可以扩展到生物技术的发展，即“系统生物技术”。它将所有公开可用的基因组、转录组、蛋白质组、代谢组、通量组等信息和数据，以及内部生成的数据，在系统层面进行整合，以开发完整的生物过程。

为何需要系统生物技术？

生物技术被认为是21世纪的核心技术之一，在医疗保健、制药、化工、食品和农业等行业有着广泛的潜在应用。与其他工程学科一样，开发低成本、高产量的生物技术过程非常重要。为了实现这一目标，通过重组和其他分子生物学方法改进菌株以及优化发酵策略一直是重要的研究焦点。然而，由于宿主菌株生理和代谢的意外变化，这些努力并不总是成功的。

虽然理性的代谢和细胞工程方法在一些情况下成功解决了这些问题，但它们通