系统生物学——一生命科学的新领域.
系统生物学
实验性方法
• 实验性方法主要是通过迚行控制性的反复实验 来理解系统[8，9]。 • 首先明确要研究的系统以及所关注的系统现 象戒功能，鉴别系统中的所有主要元素，如DNA、
mRNA、蛋白质等，幵收集所有可用的实验数据， 建立一个描述性的初级模型(比如图形的)，用以解 释系统是如何通过这些元素及其之间的相互作用 实现自身功能的。 其次在控制其他条件丌变的情况下，干扰系统 中的某个元素，由此得到这种干扰情况下系统各 种层次水平的一些数据，同时收集系统状态随时 变化的数据，整合这些数据幵不初级模型迚行比 较，对模型不实际之间的丌符之处通过提出各种 假设来迚行解释，同时修正模型。
近代生物学发展现状：
• 近代生物学研究主要是以分子生物学和 细胞生物学研究为主。研究方法皆采用 典型的还原论方法。目前为止，还原论 的研究已经取得了大量的成就，在细胞 甚至在分子层次对生物体都有了很具体 的了解，但对生物体整体的行为却很难 给出系统、圆满的解释。生物科学还停 留在实验科学的阶段，没有形成一套完 整的理论来描述生物体如何在整体上实 现其功能行为，这实际上是还停留在牛 顿力学思想体系的简单系统的研究阶段 [2，3]。
系统生物学的研究方法
• 系统生物学最重要的研究手段是干涉(perturbation)。系统生物学的 发展正是由亍对生物系统的干扰手段丌断迚步促成的。干涉主要分为 从上到下(top-down)戒从下到上(bottom-up)两种。从上到下，即 由外至里，主要指在系统内添加新的元素，观察系统变化。 • 目前国际上系统生物学的研究方法根据所使用研究工具的丌同可分为 两类：一类是实验性方法，一类是数学建模方法。
系统生物学——生命科学的新领域
材料化学32班 黄娇凤
摘要：
• 20世纪生物学从宏观到微观迚步巨大，传统的分析还原的 研究方法受到质疑。在此背景下，系统生物学是继基因组 学、蛋白质组学之后一门新兴的生物学交叉学科。从系统 角度来迚行生物学研究逐步成为现代生物学研究方法的主 流。在研究上，了解一个复杂的生物系统需要整合实验和 计算方法、基因组学和蛋白质组学中的高通量方法为系统 生物学发展提供大量的数据，计算生物学通过数据处理、 模型构建和理论分析，成为系统生物学发展的一个必丌可 缺的、强有力的工具，已经在诸多医学前沿领域的研究中 成为重要研究方法而被广泛应用。本文旨在阐述系统生物 学的发展现状及其应用前景，希望能对广大相关领域的读 者有所价值。
生命科学中的系统生物学研究
生命科学中的系统生物学研究导语：生命科学中的系统生物学研究在近年来得到了广泛关注与迅速发展，其涉及的领域非常广泛，包含了从基础研究到应用研究等不同层次。
其在生物学、医学、能源、环境等领域中的应用及其前景也是十分广泛的。
一、什么是系统生物学？系统生物学（Systems Biology）是一种将生物学、数学、工程学、计算机学以及统计学的方法和知识相结合的学科，旨在整体性而不仅仅单独地理解生命系统的不同部分，也就是说，它不仅关注生物分子，还关注这些分子之间的相互作用以及组成的网络。
通过对生命的抽象与建模，利用计算机模拟、分析技术等手段，对基因组、蛋白质组及其相互作用的现象进行全面的研究，尤其是研究生命系统中的全局性与整体性的行为。
二、系统生物学的研究重点1. 基因调控网络研究生命系统中，基因与蛋白质等分子相互作用形成了一种庞大的调控网络，在研究过程中，系统生物学主要通过互作网络的拓扑特征、节点功能及信号转导动态等方式，逐步理解基因调控的复杂性与分子间相互作用的机理。
2. 蛋白质结构与作用的研究系统生物学最为重要的方向之一是深入研究蛋白质的结构和作用机理，为人类疾病的治疗和诊断提供新的思路和手段。
3. 代谢组学研究代谢组学是指对生物体中代谢产物（如小分子代谢产物、酵素和代谢途径等）的全面分析、比较、统计和模拟，以了解生物体代谢调控的复杂性。
4. 系统发育与演化研究系统发育与演化研究，是为了揭示各种生命形式的远缘联系，以及从一个生命形态到另一个生命形态的分子机制和生物演化的规律，以此为生物分类和多样性进化提供理论基础。
三、系统生物学应用的领域1. 医学领域在医学领域中，系统生物学可用于药物研发、基因测序技术的发展、癌症治疗研究、健康管理与医学诊断等方面。
通过对大规模生物学数据进行整合与分析，系统生物学可发现病因、制定针对性治疗方案并优化药物设计。
2. 环境领域在环境领域中，系统生物学可应用于环境污染的监测、污染物的生物降解、新型生态系统构建等方面。
生命科学研究的前沿领域与挑战
生命科学研究的前沿领域与挑战生命科学是一门以研究生命体的结构、功能、发育和演化为主要内容的科学学科。
在当今科技和人类社会的发展中，生命科学研究处于前沿领域，并面临着许多挑战。
一、基因编辑技术基因编辑技术是近年来生命科学研究中的热点之一。
CRISPR-Cas9系统的发现和应用使基因编辑变得更加简单和高效，这意味着人类有能力修改生物体的遗传信息。
这项技术的广泛应用将有助于解决许多人类疾病的遗传基础，并推动农业和环境领域的发展。
然而，基因编辑技术也面临着道德和伦理问题，如人类基因工程的边界和潜在滥用的问题。
二、干细胞研究干细胞研究是另一个备受关注的前沿领域。
干细胞具有自我更新和分化成各种特定细胞的能力，可能用于再生医学、药物筛选和疾病治疗等领域。
干细胞研究的挑战在于如何获取和使用稳定的干细胞系，并解决其安全性和有效性的问题。
此外，干细胞研究也引发了一些伦理争议，如胚胎干细胞的使用和人类克隆的可能性。
三、脑科学研究脑科学是一个多学科交叉领域，旨在理解大脑的结构和功能以及人类思维和行为的机制。
随着技术的进步，如功能性核磁共振成像（fMRI）和脑电图（EEG）等，对大脑的研究变得更加精细和详细。
然而，脑科学研究仍然面临着许多挑战，如理解神经回路的复杂性、解释意识和思维的本质以及应对神经系统疾病的挑战。
四、合成生物学合成生物学是一门将工程思维应用于生物学的学科。
它旨在设计和构建具有新功能的生物系统，为医学、农业和环境等领域提供新的解决方案。
合成生物学面临的主要挑战之一是设计可靠的生物系统以及解决生物合成和调控的问题。
此外，合成生物学也涉及到人类对自然界的改变以及生物安全和生态风险的问题。
五、系统生物学系统生物学是研究生物系统整体而不是个体组分的科学。
它通过整合大数据、数学建模和实验验证，揭示生物系统的网络结构和功能。
系统生物学的挑战之一是整合不同尺度和层次的数据，从个体基因表达到细胞和器官之间的相互作用。
此外，系统生物学还需要找到有效的方法来解析复杂的生物网络，并将其应用于疾病诊断和治疗。
生命科学中的系统生物学技术
生命科学中的系统生物学技术随着科技的不断进步和发展，生命科学领域也在不断地向前发展。
一个被广泛应用、正在快速发展的生命科学分支是系统生物学。
系统生物学不仅仅是一种研究手段，更是一种思维方式。
通过建立数学模型、利用大数据、系统整合等手段，来深入探究生命系统的结构和功能，并发现其中的生物学定律和规律，为生物学研究提供了新思路和新方法。
系统生物学技术的发展历程系统生物学是一门涉及生命系统所有层级的学科。
它起源于20 世纪 90 年代的美国，在21世纪初期迅速发展起来。
虽然系统生物学技术的应用场景已经非常广泛了，但在发展初期，它主要是用于研究微生物及其代谢物质的代谢途径和基因表达调控网络。
随着人类基因组计划的完成和高通量测序技术的广泛应用，系统生物学技术逐渐开始应用于人类基因组学和肿瘤学研究中。
系统生物学技术的应用系统生物学技术的基本框架是建立癌症信号网路，以系统的方式来探究肿瘤发生、发展及治疗的机制以及策略。
目前将系统生物学技术应用于肿瘤学研究的主要途径有以下几种：1、转录组学转录组学是研究基因表达的层次。
在过去的两十年中，微阵列技术和RNA测序技术的发展使得转录组学成为了系统生物学技术的一种核心工具。
通过分析癌细胞与正常细胞的转录组差异，可以揭示癌症的发生机制和分子调控机制。
2、蛋白质组学蛋白质在细胞中扮演着重要的角色，它们是调控调节细胞功能的关键步骤。
蛋白质组学是由质谱和分离技术组成的一种研究生物体内蛋白质组成和功能的方法。
通过蛋白质组学的手段，可以揭示癌症发生的重要信号通路和关键调控分子。
3、代谢组学代谢组学从代谢物层次上分析了生物系统。
代谢物是生命活动的产物，它们可以反映生命活动的状态。
通过代谢组学技术可以确定癌症的代谢物差异，更好地了解癌细胞的代谢途径以及肿瘤发生发展的生物学规律。
4、网络分析网络分析是一种基于系统生物学框架下的方法，可以揭示组织、器官以及整个生物体中的生物学规律。
通过构建和分析越来越复杂的网络模型，可以从癌症分子层面上认识癌症的多维度调控网络，并针对网络中的关键节点进行干预以达到抑制肿瘤的目的。
系统生物学的发展
系统生物学的发展随着科技的不断创新和发展，我们的认知也在不断地加深。
而在这些科技中，系统生物学无疑是一个备受瞩目的领域。
它带给人类的不仅仅是对生物学的深入认识，更是一种新的研究方法和理念。
那么，什么是系统生物学？它的发展历程是什么样的？接下来，我们将围绕这些问题进行探究。
什么是系统生物学？系统生物学（Systems Biology）是一种以系统性、整体性和交互性为核心的生物学研究。
它利用数学、物理学和计算机科学的方法和工具，对生物系统的组成、结构和功能进行系统性探究。
同时，它也擅长发掘生物体系中的内在规律和复杂性，为生物学、医学等相关领域的研究提供了新的思路和方法。
系统生物学的兴起，得益于生物信息学、计算生物学等多个领域的发展。
这些领域所积累的大量数据和技术，为系统生物学的发展提供了充分的基础。
在这个背景下，系统生物学的研究方向也越来越广泛，不仅包括生物遗传、代谢和信号传导等基础性研究，还涵盖了生物医学、农业、环境保护等应用性研究。
系统生物学的发展历程虽然系统生物学的概念和理论在上个世纪就已经存在，但是其正式形成还是在近年来。
在这个过程中，经历了几个发展阶段。
1. 系统生物学的前身——信号转导研究20世纪70年代，随着细胞生物学、生化学等领域的发展，人们对于细胞内的信号传导途径越来越感兴趣。
这种兴趣的出发点，是为了全面了解细胞在内外环境变化下的反应机制。
从这个角度来看，信号转导研究可以看做是系统生物学的前身。
2. 经典遗传学模型20世纪80年代，科学家们发现许多模式生物（例如：水稻、果蝇、小鼠等）基因组的组成和人类基因组十分相似，同时这些模式生物仅有数千到数万个基因，因此成为了研究基因进化和组成的理想材料。
随着人类基因组计划的推进，许多遗传研究工具，如基因芯片、高通量测序技术等开始应用于这些模式生物。
这时，人们发现这些生物的代谢、细胞周期等基本生命过程，也可以利用系统生物学的角度探讨。
3. 全基因组时代的来临21世纪的开端，人类基因组计划达成了里程碑式的成果，全基因组的比对和注释的加速，为生物大数据的积累和处理提供了更有力的支持。
生命科学中的系统生物学方法
生命科学中的系统生物学方法生命科学是一个庞大的领域，它涵盖了生物学、医学、生态学、农业科学等多个学科。
近年来，随着人们对基因、蛋白质等分子级别的了解越来越深入，生命科学的研究方向也逐渐从分子层面转移到了系统层面。
而在这一新的领域中，系统生物学方法的应用变得越来越重要。
系统生物学是一种集成性的研究方法，它将生物学、数学、计算机科学和物理学等多个学科的知识结合起来，以系统的视角研究生物系统的整体结构和功能。
在系统生物学领域，科学家们利用计算模型和实验数据，设计出一系列方法和技术，用于研究生物系统的基因调控、信号转导、代谢物交互等方面的问题。
在系统生物学中，最重要的方法之一是基因表达分析。
基因表达是指基因在不同环境下的表达水平。
通过对大量基因表达数据的收集和分析，科学家们可以研究基因调控网络的结构和功能，并预测这些网络在不同情况下的响应。
例如，对于癌症研究，科学家们可以利用基因表达数据识别出癌症特有的基因表达模式，并开发出针对性的治疗方法。
另一个重要的系统生物学方法是代谢组学。
代谢组学研究代谢物在生物系统中的组成和变化，旨在揭示代谢通路的结构和调控机制。
通过代谢组学的分析，科学家们可以发现代谢物之间的相互作用和影响关系，为新药物的开发提供契机。
例如，卡马西平就是一种基于代谢组学发现的抗高血压药物。
除了上述方法外，网络分析、信号转导分析、结构生物学等方法也是系统生物学研究的重要手段。
这些方法广泛应用于生物信息学、药物研发、环境监测等领域。
例如，在药物研发方面，科学家们可以利用各种系统生物学方法，从大量分子数据中挖掘出靶向性强的新药物。
总之，在系统生物学中，科学家们利用各种方法和技术，揭示生物系统的结构和功能，推动生命科学研究的进步。
未来，随着技术的不断进步，我们相信系统生物学将在生命科学领域发挥更加重要的作用。
系统生物学的基本原理和应用前景
系统生物学的基本原理和应用前景系统生物学：生物世界的新视角从宏观到微观，从物质到生命，系统生物学是以系统为研究对象的一门学科，它基于对所有生物结构和功能组成的整体和相互作用的综合分析和模拟，探索和揭示生命现象和机制的规律。
近年来，随着高通量数据的产生和发展，以及计算机模拟和可视化技术的飞速发展，系统生物学在生命科学领域中的应用越来越广泛，其前景也越来越被人们所看好。
系统生物学的基本原理系统生物学包含了许多不同层次的组成部分，如基因、蛋白质、代谢物和细胞等，这些元件通过相互作用构成复杂的生物网络，从而形成生物学的多尺度分层结构。
系统生物学的研究方法和原理包括：高通量测序技术、计算机模拟和可视化技术、生物信息学、数学建模、网络分析和机器学习等多种技术手段，通过对这些生物网络的数据分析和建模，揭示生物系统的动态特性和机制，推导出生物规律和相关性，有助于揭示生态平衡和疾病等问题的本质。
生物网络分析生物网络分析是系统生物学的核心技术之一，它主要通过构建生物学的网络图形，描述生物物质和信号在细胞内的迁移和相互作用。
网络分析的基本原则是：通过节点和边的相关性进行生物学元素之间的分类和聚类，从而识别和确定生物学模块和功能单元。
生物网络可以分成不同的层次，包括分子层次、细胞层次和生态层次等。
通过不同的结构和功能的生物网络图谱，我们可以更好地理解生命系统的复杂性和动态特性，探究机体发生变化的本质。
生物信息学生物信息学是一种计算机科学和生命科学的交叉学科，它的研究对象是分析和处理生物分子序列和结构信息的策略和方法。
通过生物信息学技术，我们可以快速测序、分析和比较基因组、蛋白质或其他生物学分子的序列，探究其结构和功能关系，从而全面了解生命现象和机制。
生物信息学在系统生物学中的应用越来越广泛，它不仅可以为生物种类分类和基因功能注释等生物学问题提供关键性的信息，还可以为疾病的研究和治疗提供有力的支持。
系统生物学的应用前景由于其独特的数据分析和计算方法，系统生物学已经被广泛运用于各种生物学领域，特别是在基因功能、蛋白质结构、代谢物途径和细胞信号传导等方面的研究上。
生命科学的系统生物学
生命科学的系统生物学探索生命科学是近年来人们逐渐关注的热门领域，涉及范围相当广泛。
系统生物学则是不可忽视的一项研究方向，它通过系统性的、综合性的方法，揭示生物的生命现象和系统本质，从而为实现癌症、糖尿病等疾病的治疗和预防提供了基础和理论支持。
一、系统生物学的理论基础系统生物学是通过对生物系统中信号传递、遗传、代谢等方面的研究，以数据建模、计算系统的数学和计算机科学为基础，综合分析统计模型、结果验证和管理信息等方法，构建出一个高度复杂的生物学生态系统。
它运用了先进的技术，包括分子可视化、基因组学、蛋白质质谱筛选、细胞生物技术等，为生物信息学和生物医学的研究提供了重要的数据来源和实验数据。
二、系统生物学的主要研究领域1.分子系统生物学：这一领域主要是研究生物分子的基本结构和功能，通过技术手段进行分析，了解到分子与细胞之间的相互作用和自身属性。
2.遗传系统生物学：系统生物学中极为重要的一个环节是基因组学，因为它的出现确实推动了整个生物学研究的发展。
这里，研究者将遗传信息与细胞过程结合起来，得到了关于基因组结构和调控机制的更深入理解，从而能够精确的预测指定基因是否会发生突变，或产生某种疾病。
3.代谢系统生物学：细胞是人体和其他生物机制中至关重要的，因为体内所有的生物反应和过程都是以它为中心的。
代谢系统生物学是将生物研究的重点放在代谢过程上，通过代谢通路的建议及图谱分析等方式，为生物医学和生化领域的研究带来了重要的发展。
三、系统生物学在生物医学中的应用1.疾病诊断和治疗：掌握了生物信息学的技术和数据学习知识，我们可以更快、更准确的开发药物，并搜集到各种不同生物样本的数据，进而减少药物的副作用，可行性大大提高。
2.食品安全和资源环保：系统生物学体系能够全面考虑食品安全性问题和环保资源问题，如通过了解食品中的各种成分和食品的制备过程，很好的处理了各种原料和添加剂品质的变化、副作用等问题，更好的保证食品安全。
四、结语系统生物学没有单一领域的研究，每一个方面都协同作用构成完整的体系，是生命科学中对系统性研究的一个全面体现，以小至蛋白质、基因、至组织器官、生理过程和疾病，掌握系统生物学知识有助于在生命科学和健康领域提供解决方案。
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系统生物学——一生命科学的新领域
[摘要] 20世纪生物学从宏观到微观进步巨大，传统的分析还原的研究方法受到质疑。
在此背景下，系统生物学是继基因组学、蛋白质组学之后一门新兴的生物学交叉学科。
从系统角度来进行生物学研究逐步成为现代生物学研究方法的主流。
在研究上，了解一个复杂的生物系统需要整合实验和计算方法、基因组学和蛋白质组学中的高通量方法为系统生物学发展提供大量的数据，计算生物学通过数据处理、模型构建和理论分析，成为系统生物学发展的一个必不可缺的、强有力的工具，已经在诸多医学前沿领域的研究中成为重要研究方法而被广泛应用。
本文旨在阐述系统生物学的发展现状及其应用前景，希望能对广大相关领域的读者有所价值。
[关键词] 系统生物学；基因组学；蛋白质组学；计算生物学
近代生物学研究主要是以分子生物学和细胞生物学研究为主。
研究方法皆采用典型的还原论方法。
目前为止，还原论的研究已经取得了大量的成就，在细胞甚至在分子层次对生物体都有了很具体的了解，但对生物体整体的行为却很难给出系统、圆满的解释。
生物科学还停留在实验科学的阶段，没有形成一套完整的理论来描述生物体如何在整体上实现其功能行为，这实际上是还停留在牛顿力学思想体系的简单系统的研究阶段。
但是生物体系统具有纷繁的复杂性[1，2]。
尽管对一个复杂的生物系统来说，研究基因和蛋白质是非常重要的，而且它将是我们系统生物学的基础，但是仅仅这些尚不能充分揭示一个生物系统的全部信息。
这种研究结果只限于解释生物系统的微观或局部现象，并不能解释系统整体整合功能的来源，不能充分揭示一个生物系统的信息，且忽略了系统中各个层面的交互、支持、整合等作用,限制了生物学研究的发展。
在这种现状下，20世纪末人类基因组计划完成后，生物学领域的科学家都在考虑一个问题：未来生物学研究的方向在哪里？为此学术界也不乏辩论。
得出的共识是：生物学的发展未来主要面对如下问题：(1)如何弄清楚单一生物反应网络，包括反应分子之间的关系、反应方式等；(2)如何研究生物反应网络之间的关系，包括量化生物学反应及生物反应网络；(3)如何利用计算机信息及生物工程技术进行生物反应，生物反应网络，乃至器官及生物体的重建。
早在1969年，Bertalanfy LV就提出了一般系统理论(general systems theory)，他在文章中指出生物体是一个开放系统，对其组成及生物学功能的深入研究最终需要借助于计算机和工程学等其他分支学科才能完成[3]。
1999年，由Leroy Hood创立的系统生物学(systems biology)则是在以还原论为主流的现代生物学中反其道而行之，把这种以整体为研究对象的概念重新提出。
他给系统生物学赋予了这样的定义，系统生物学(systems biology)是研究一个生物系统中所有组成成分(基因、mRNA、蛋白质等)的构成，以及在特定条件下这些组分间的相互关系的学科。
换言之，以往的实验生物学仅关心基因和蛋白质的个案，而系统生物学则要研究所有的基因、所有的蛋白质、组分间的所有相互关系。
显然，系统生物学是以整体性研究为特征的一种大科学，是生物学领域革命性的方法论。
以胡德的观点，基因、蛋白质以及环境之间不同层次的
交互作用共同架构了整个系统的完整功能。
因此，用系统的方法来理解一个生物系统应当成为并正在成为生物学研究方法的主流。
利用系统的方法对其进行解析，综合分析观察实验的数据来进行系统分析。
具体通过建立一定的数学模型，并利用其对真实生物系统进行预测来验证模型的有效性，从而揭示出生物体系所蕴涵的奥秘，这正是生物学研究方法的关键所在。
1 系统生物学的主要研究内容
系统生物学主要研究实体系统(如生物个体、器官、组织和细胞)的建模与仿真、生化代谢途径的动态分析、各种信号转导途径的相互作用、基因调控网络以及疾病机制等[4，5]。
系统生物学的首要任务是对系统状态和结构进行描述，即致力于对系统的分析与模式识别，包括对系统的元素与系统所处环境的定义，以及对系统元素之间的相互作用关系和环境与系统之间的相互作用的深入分析。
具体如生物反应中反应成分之间的量的关系，空间位置，时间次序，反应成分之间的因果关系，特别是反馈调节和变量控制等有关整个反应体系的问题等。
其次要对系统的演化进行动态分析，包括对系统的稳态特征、分岔行为、相图等的分析。
掌握了系统的基本演化机制，使系统具有目标性和可操作性，使之按照我们所期望的方向演化，也有助于我们重新构建或修复系统，为组织工程学的组织设计提供指导。
另外，系统科学对生物系统状态的描述是分层次的，对不同层次进行的描述可能是完全不同的；系统科学对系统演化机制的分析更强调整体与局部的关系，要分析子系统之间的作用如何形成系统整体的表现、功能，而且对系统整体的每一行为都要找出其与微观层次的联系。
系统生物学的研究包括两方面的内容。
首先是实验数据的取得，这主要包括提供生物数据的各种组学技术平台，其次是利用计算生物学建立生物模型。
因此科学家把系统生物学分为“湿”的实验部分（实验室内的研究)和“干”的实验部分（计算机模拟和理论分析)。
“湿”、“干”实验的完美整合才是真正的系统生物学。
系统生物学的技术平台主要为各种组学研究。
这些高通量的组学实验构成了系统生物学的技术平台。
提供建立模型所需的数据，并辨识出系统的结构。
其中包括基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学、相互作用组学和表型组学计算生物学通过建模和理论探索。
可以为生物系统的阐明和定量预测提供强有力的基础。
计算生物学包括数据开采和模拟分析。
数据开采是从各实验平台产生的大量数据和信息中抽取隐含其内的规律并形成假说。
模拟分析是用计算机验证所形成的假说，并对拟进行的体内、体外生物学实验进行预测，最终形成可用于各种生物学研究和预测的虚拟系统。
计算生物学涉及一些新的数学原理和运算规则，需要物理和数学来研究生物学的最基本的原理，也需要计算科学、信息学、工程学等进行生物工程重建和生物信息传递的研究。
2 系统生物学的研究思路及特点
系统生物学识别目标生物系统中的各种因素，然后构架一个系统模型，在其中赋予这个生物系统能动性。
在此模型中研究细胞、组织、器官和生物体整体水平，研究结构和功能各异的各种分子及其相互作用，并通过计算生物学来定量描述和预测生物功能、表型和行为。
系统生物学最大的特点即整合。
这里的整合主要包括三重含义。
首先，把系统内不同性质的构成要素(DNA、mRNA、蛋白质、生物小分子等)整合在一起进行研究；其次，对于多细胞生物，系统生物学要实现从基因到细胞、到器官、到组织甚至是个体的各个层次的整合。
第
三，研究思路和方法的整合。
经典的分子生物学研究是一种垂直型的研究，即采用多种手段研究个别的基因和蛋白质。
而基因组学、蛋白质组学和其他各种“组学”则是水平型研究，即以单一的手段同时研究成千上万个基因或蛋白质。
而系统生物学的特点，则是要把水平型研究和垂直型研究整合起来，成为一种“三维”的研究[6]。
3 系统生物学的研究方法
系统生物学最重要的研究手段是干涉(perturbation)。
系统生物学的发展正是由于对生物系统的干扰手段不断进步促成的。
干涉主要分为从上到下(top-down)或从下到上(bottom-up)两种。
从上到下，即由外至里，主要指在系统内添加新的元素，观察系统变化。
例如，在系统中增加一个新的分子以阻断某一反应通路。
而从下到上，即由内到外，主要是改变系统内部结构的某些特征，从而改变整个系统，如利用基因敲除，改变在信号传导通路中起重要作用的蛋白质的转录和翻译水平[7]。