网络生理学:如何识别和量化器官相互作用网络?
摘要
论文题目:The New Field of Network Physiology: Building the Human Physiolome.
论文链接:https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnetp.2021.711778/full
最先进和最基本的问题
最先进和最基本的问题
图1 复杂的结构和功能网络是多组分生理和器官系统中跨空间和时间尺度的调节动态和机制的基础。
图2 人体有机体是一个综合网络,不同的生理和器官系统不断相互作用以优化和协调其功能。(A) 系统内和系统间跨空间水平和时间尺度的网络交互对于产生各种生理状态和维持健康至关重要。(B)网络生理学的一个基本问题是生理状态和功能如何从亚细胞到生物体水平的垂直和水平网络整合中出现。
图3 一个新的领域,网络生理学,已经出现,将重点从单一器官系统转移到生理相互作用网络,目的是揭示不同生理系统网络中的基本通信规律和整合原则,以及它们在产生整体行为中的作用有机体水平。
主要挑战
主要挑战
图 4 人体会产生连续的生理信号流,作为各种系统的输出动态和生理参数,其中包含有关各个系统状态及其网络交互性质的大量信息。
目前进展
目前进展
影响和未来发展
影响和未来发展
网络生物学关注生理功能和状态如何从微观-介观-宏观层面的整合中出现的。该文章指出非常有研究空白的领域就是介观尺度:在器官互作的层面有许多器官互作的研究,在细胞学说之后在微观的分子层面互作研究也较多,但是在介观层面就有明显缺口。
文章中还指出网络生理学的重要问题是缺乏足够的数据和有用的分析工具。
网络生理学更加关注网络动态和瞬时的改变,即生理状态的瞬时改变对网络的影响和动态模拟。这提醒了我们一个问题,我们检测的是某一个时间点的组学数据,还没有涉及到动态和调整的网络,这可能是期望在更远的未来达到的目标,现有的主要任务还是基于多种组学的数据构建的本质性的网络,这个网络在面对小的瞬时波动可能不敏感,但是应当有区分疾病和健康状态的能力。
在网络生理学中除了组学数据之外还关注许多生理学的参数,如血糖等,这些参数都与稳态有关。
|作者信息
Plamen Ch. Ivanov,Keck Laboratory for Network Physiology, Department of Physics, Boston University。Ivanov 教授开创了生理和器官系统动态网络相互作用的研究。他是网络生理学交叉学科领域的鼻祖和奠基人。该文章详细解释了网络生理学的概念,并对网络生理学的重要研究和未来发展做了总结。
参考文献
生命复杂性读书会:
生命复杂系统的构成原理
在生物学中心法则的起点,基因作为生命复杂系统的遗传信息载体,在生命周期内稳定存在;而位于中心法则末端的蛋白质,其组织构成和时空变化的复杂性呈指数式增长。随着分子生物学数十年来的突飞猛进,尤其是生命组学(基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学等的集合)等领域的日新月异,当代生命科学临近爆发的边缘。如此海量的数据如何帮助我们揭示宇宙中最复杂的物质系统——“人体”的构成原理和设计原理?阐释人类发育、衰老和重大疾病的发生机制?
集智俱乐部联合西湖大学理学院及交叉科学中心讲席教授汤雷翰,国家蛋白质科学中心(北京)副研究员常乘、李杨,香港浸会大学助理教授唐乾元,北京大学前沿交叉学科研究院研究员林一瀚,中国科学院分子细胞科学卓越创新中心博士后唐诗婕,共同发起「生命复杂性:生命复杂系统的构成原理」读书会,从微观细胞尺度、介观组织器官尺度到宏观人体尺度,梳理生命科学领域中的重要问题及重要数据,由生物学家提问,希望促进统计物理、机器学习方法研究者和生命科学研究者之间的深度交流,建立跨学科合作关系,激发新的研究思路和合作项目。读书会从2024年8月6日开始,每周二晚19:00-21:00进行,持续时间预计10-12周。欢迎对这个生命科学、物理学、计算机科学、复杂系统科学深度交叉的前沿领域感兴趣的朋友加入!
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