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《系统生物学:重构网络的性质》系美国科学院院士、著名生物学家伯恩哈德.帕尔森所著生物学教科书,英文原版由英国剑桥大学出版社出版,这本中文版由美国乔治华盛顿大学、四川大学、复旦大学、西南大学、华中科技大学、中科院北京基因所、北京科技大学、中南大学、第三军医大学等众教授联袂翻译推荐。《系统生物学:重构网络的性质》是这一领域的代表性作品,更是这一学科研究者的必读书目之一。《系统生物学:重构网络的性质》适合生物信息学、系统生物学、基因组学、生物化学、分子遗传学等领域的科学家和研究生。

内容简介

《系统生物学:重构网络的性质》原著者是美国科学院院士伯恩哈德.帕尔森,他尝试梳理系统生物学这一研究领域,并整理这一领域包含的概念、成果以及未来的发展潜力。《系统生物学:重构网络的性质》稿的翻译工作由西南大学章乐教授主持,在多位专家、学者的倾力合作下,方得此书。《系统生物学:重构网络的性质》稿内容分为四部分。第一部分序言主要介绍系统生物学的学科背景及一些基本概念;第二部分主要讲生物网络如代谢网络、转录调控网络、信号网络等;第三部分讲重建网络的数学表达,把生物体内的反应建成化学计量矩阵,并对此进行分析研究,如研究化学计量矩阵的拓扑性质、基本子空间、右零空间、左零空间、行和列空间等;第四部分讲利用系统生物学重建网络的能力,内容涉及双因果关系、解空间、查找功能状态等。

系统生物学:重构网络的性质》稿为学术专著,专业性较强。

作者简介

章乐,男,入选中央组织部“千人计划(青年项目)”、重庆杰出青年基金、重庆海外百人计划,重庆市二级人才。现任西南大学计算机学院教授,西南大学计算机学院学术委员会主任,西南大学学术委员会委员,重庆生物信息学会副理事长,中国计算机协会生物信息专业组委员,中国遗传学会大数据专委,中国计算机协会青年论坛重庆分论坛副主席。

前言/序言

1995年,第一个完整基因组测序的完成开启了基因组时代。自那时起,大规模高通量技术的出现,帮助我们确定了细胞成分的分子零件目录。虽然这一目录仍不够完整,但是在现有目录和其他信息的基础上,已经有可能在基因组规模上重建细胞内生化反应网络。这一网络重建的过程,以及随后使用计算机模型来描述其功能,是系统生物学的核心内容。

重建网络的功能,由该网络组分之间的相互连接来决定。由于这些连接包含化学反应,因此可用化学计量关系来描述它们。包含所有网络关系的化学计量关系矩阵,是该重建网络的简明数学表述。化学计量关系矩阵包含的整数,用来表示网络中恒定的时间和条件性质。因此,该矩阵是复杂生化反应网络功能研究的关键,其内容和相关信息有效构建了生化、遗传和基因组的结构化数据库。

系统生物学:重构网络的性质》着重讨论化学计量学矩阵。为了更好理解《系统生物学:重构网络的性质》,读者需具备良好的线性代数和生物化学基础。《系统生物学:重构网络的性质》中大多数数学概念和原理均有直接的生物学和化学意义,我们试图将抽象的数学量与真实的生物和化学特性联系起来。

不管你是否喜欢,基因组规模反应网络的重建将逐步把生物学推进到系统科学领域。这不是普通的系统科学,而是系统生物学和生物工程,深层的生化和遗传过程为其搭建了舞台。未来的生物学教育无疑会涉及更多的数学知识,因而新一代的生物学家应该乐意学习了解《系统生物学:重构网络的性质》。

这是一本极具个人特色的书。笔者在复杂生化反应网络的数学表述领域有超过20年研究经验。在刚开始从事该研究时,人们普遍认为这种做法是纯粹理论研究,没有实际生物学意义。然而,随着基因组时代的到来,我们已拥有了必要的生物学数据,用来构建真实基因组规模的网络,并能将其性质与可观测到的生物学表型联系起来。在过去5到10年间,这一领域取得长足发展,并已变得相当有影响。从某种意义上来说,《系统生物学:重构网络的性质》不仅仅是由笔者撰写的,也是为笔者所撰写的。在《系统生物学:重构网络的性质》中,笔者尝试梳理这一研究领域,并整理这一领域包含的概念、成果以及未来的发展潜力。希望《系统生物学:重构网络的性质》能为他人提供帮助。

笔者要感谢很多对《系统生物学:重构网络的性质》提供过帮助的人。最为感谢的是笔者的妻子Mahshid,她容忍并接受了笔者将大量时间投入到《系统生物学:重构网络的性质》的构思、撰写和付梓过程中。没有她过去20年来的耐心和支持,《系统生物学:重构网络的性质》将不可能出版。

有三个人影响了我的职业生涯,从而促成了《系统生物学:重构网络的性质》的撰写。作为一名大学生,我曾在SigmundurGudbjarnason的生化实验室工作,在那里我体会到了酶的神奇,学习了酶类的纯化和动力学特征。在对实验室数据的分析过程中,我意识到酶是有趣的催化剂,成百上千的酶聚集在一起,重现了有趣的生命过程。我所以选择了化学工程作为自己的研究领域,是因为化学工程是唯一

可供我学习生命、化学与系统科学的学科。我有幸加入EdwinLightfoot的实验室攻读博士学位。虽然他并没有做过太多分子生物学方面的系统分析,但是他立即意识到它的重要性,并愿意支持我在攻读博士学位期间从事这样的分析工作。不用置疑在20世纪80年代初,生物学的系统分析被视为一个“死胡同职业”和“自杀式的专业”。从教密歇根大学后,我被迫从事其他更可

能获得资助的研究方向。在90年代初,我开始意识到LeeHood通过发展高通量研究方法给生物学带来的革命性影响。他的远见和领导才能给我带来灵感,并最终成为我的好朋友。我很感谢这三个人对我职业生涯发展和对《系统生物学:重构网络的性质》成文所产生的积极影响。

从密歇根大学换到加州大学圣地亚哥分校后,我有幸在1996年春季到丹麦技术大学访问,并得到了JensNeilsen和JohnVilladsen的接待。在由Fulbright和IbHeinriksen基金会赞助的四个月访问中,我认真思考了第一个完整的基因组序列会带来的影响,并因此建立了《系统生物学:重构网络的性质》的一些概念性基础。2000年,我被任命为威斯康星大学Hougen客座教授。并为此在那年秋天准备了Hougen系列讲座。这一系列讲座的讲义成为了《系统生物学:重构网络的性质》内容的最初轮廓。

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