系统生物学_走向整体论的生物学
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。
系统生物学-第一章-系统生物学概况PPT课件
DNA样本来自冰岛大约600个人，分别于1991年和2002 年至2005年间采得。研究人员测量了111个样本中每个 样本的DNA甲基化总量，并比较了同一个人的采自 2002年至2005年间和1991年的DNA甲基化总量。
结果发现，在这大约11年的时间跨度中，大约三分之 一个体的甲基化量发生了变化。不过变化的方向并不 一致——一些人的甲基化总量增加，另一些人的则发 生丢失。
数学的描述 F=ma E=MC2
生物学的描述
.
数学的描述
？
51
Lunfish (dipnoi)
40
非编码RNA: 复杂性的源泉
.
41
后基因组时代
.
42
后基因组时代的生命观：复杂系统
酵母的基因功能网络
.
43
后基因组时代的生命观：复杂系统
细 胞 信 号 转 导 网 络
.
44
后基因组时代的生命观：复杂系统
神经网络
.
45
人类基因组终生在变化
美国约翰霍普金斯大学医学院研究了个体的基因组内 的DNA甲基化变化。
英国10K项目是, Wellcome Trust在三年内支持1000 万英镑，测定10000个人的基因组序列，旨在找出 与肥胖和精神分裂症等疾病相关的罕见基因变异。
4000名英国人的全基因组序列，其中一半是针对英国的双 胞胎来进行的，另一半则是针对父母与子女来开展。
6000个人则只是测定其外显子序列。参与外显子测序的人 都得有“特别突出的表型”，这样就有利于将某一多基因相 互作用疾病定位到特定的基因上。其中，2000人是极度的肥 胖；3000人患有神经元发育障碍；另外1000人则患有先天性 心脏病等比较稀少的疾病。
系统生物学的理论与方法探究
系统生物学的理论与方法探究随着生物学领域的快速发展，人们对于生命现象的理解也在逐步深入。
而系统生物学作为一门新兴的交叉学科，正在成为解析生物系统复杂性的重要工具。
那么，系统生物学的理论与方法具体是如何探究的呢？一、系统生物学的基本概念系统生物学是在基于基因组水平的研究基础上，将生物系统作为一个整体来考虑的学科。
它以整合各种不同尺度的信息，包括基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学等，通过综合分析生物系统中的各种分子作用和复杂调控关系，揭示生物现象背后的规律性。
系统生物学旨在建立一个统一的、全面的、动态的、多学科的解释框架，以更好地理解生命科学领域中的各种现象。
二、系统生物学的主要研究方法1. 基因组学：基因组学是作为系统生物学的基础学科之一，它主要通过对基因组序列的分析，挖掘和描述生物种类之间的基因和功能差异，以及基因的进化过程。
基因组学的发展已经使得我们能够快速分析大规模生物数据，从而揭示出生物系统中基因调控和代谢网络的组成、功能和演化模式。
2. 转录组学：转录组学是研究某个生物在某个特定基因表达情况下所产生的全体RNA分子的科学。
近年来，随着RNA测序技术的广泛应用，我们可以测量和比较不同基因表达条件下的RNA 水平，从而揭示出生物系统中的转录调控机制，提供基础数据支持。
3. 蛋白质组学：蛋白质组学是一门运用先进的质谱技术和其他工具来鉴定、分离和鉴定蛋白质的科学。
对于蛋白质组学的研究对于生物信息学的发展、生物新理论的验证及药物发现等方面具有重要意义。
4. 动力学建模：动力学建模是系统生物学的核心理论，它可以将生物系统中的各种分子作用建模为一系列微分方程，以描述生物系统的响应和反应过程。
仅仅是使用一个定量模型，生物学家们就可以优化其设计方案，预测可能的结果，从而更好地指导实验设计。
5. 网络分析：网络分析是系统生物学研究过程中不可或缺的方法之一，其基本思想是从多个组件之间的联系出发，建立起一个网络体系，进一步分析网络中的调控模式和反馈机制。
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。
系统生物学讲解
系统生物学讲解在当今科学领域，系统生物学正逐渐崭露头角，成为一门具有重要意义和深远影响的学科。
那么，什么是系统生物学呢？让我们一起来揭开它神秘的面纱。
系统生物学并非是对传统生物学的简单补充或改进，而是一种全新的研究理念和方法。
它旨在从整体的角度去理解生物系统，而非仅仅关注单个生物分子或细胞的行为。
传统的生物学研究通常是将生物系统分解成一个个独立的部分，分别进行研究。
比如，研究某个基因的功能，或者某种蛋白质的结构。
这种研究方法在一定程度上取得了很多重要的成果，但也存在着明显的局限性。
它无法全面地解释生物系统的复杂行为，因为生物系统中的各个部分并不是孤立存在的，而是相互作用、相互影响的。
系统生物学则将生物系统视为一个整体，综合考虑基因、蛋白质、代谢物等各种生物分子之间的相互关系，以及它们与细胞、组织、器官等不同层次结构之间的联系。
通过整合大量的数据，运用数学模型和计算机模拟等手段，来预测和解释生物系统的动态变化和行为。
为了更好地理解系统生物学，我们可以拿一个简单的例子来说明。
假设我们要研究人体的血糖调节机制。
传统的研究方法可能会集中在胰岛素这种激素的分泌和作用机制上。
而系统生物学的视角则会更加全面，它不仅要考虑胰岛素，还要考虑胰高血糖素、肾上腺素等其他激素的作用，以及肝脏、肌肉、脂肪组织等器官对血糖的摄取和利用情况。
同时，还要考虑这些因素之间的相互反馈和调节机制。
通过建立一个复杂的数学模型，系统生物学可以模拟出不同情况下血糖水平的变化，从而为糖尿病等疾病的治疗提供更有效的策略。
系统生物学的研究方法通常包括以下几个步骤：首先是数据收集。
这包括从基因表达、蛋白质组学、代谢组学等多个层面获取大量的数据。
这些数据可以来自实验室实验、临床样本、生物信息数据库等。
然后是数据整合和分析。
将收集到的数据进行整合，去除噪声和错误，提取有价值的信息。
运用统计学和机器学习等方法，找出数据中的模式和规律。
接下来是模型构建。
生物工程的系统生物学
生物工程的系统生物学生物工程的系统生物学是一个融合了生物学、数学、计算机科学和工程学等多个学科的前沿领域。
它以研究生物系统的整体特性和运作机制为基础，旨在揭示生物系统的复杂性和多样性，并利用系统思维和工程方法来解决生物领域的问题。
一、系统生物学的定义和概念系统生物学是一门跨学科的研究领域，它将生物学的传统研究方法与工程学的系统化思维结合起来，致力于理解和控制生物系统的运作。
与传统的基因层面研究不同，系统生物学强调生物系统的整体特性和相互作用，并以网络和模型为工具来描述和预测生物系统的行为。
二、系统生物学的研究内容和方法系统生物学的研究内容涵盖了生物系统的结构、功能、动力学和调控机制等方面。
研究方法主要包括实验技术、数学建模和计算模拟等多种手段。
通过对生物系统的多层次观测和建模，系统生物学可以揭示生物系统的调控网络、信号传递路径和代谢途径等关键特性，并从中提取出重要的生物信息。
三、系统生物学在生物工程中的应用系统生物学在生物工程领域发挥着重要作用。
它可以帮助研究人员更好地理解和优化生物合成途径、代谢网络和基因调控机制等生物工程过程。
通过建立生物系统的数学模型和计算模拟，研究人员可以预测和优化生物过程的产物产量、废弃物排放和能量利用效率等关键参数，从而提高生物工程的可持续性和经济效益。
四、系统生物学在药物研发中的应用系统生物学也被广泛应用于药物研发领域。
利用系统生物学的方法，研究人员可以更准确地评估潜在药物的效果和副作用，并预测药物对特定疾病的疗效。
此外，系统生物学还可以帮助解析药物对生物系统的作用机制，并为个体化药物治疗提供理论支持，从而提高药物研发的效率和成功率。
五、系统生物学的挑战与前景虽然系统生物学在生物工程和药物研发等领域已取得了一些重要的突破，但该领域仍面临一些挑战。
首先，生物系统的复杂性和多样性限制了我们对其全面理解的能力。
其次，数学模型的建立和验证需要大量的实验数据和计算资源，这对研究人员提出了高要求。
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生命科学是探究生命的本质和现象规律的科学，涉及到生物学、医学、生态学、进化论等多个领域。
而系统生物学则是近年来兴起的一种研究方法，它采用了计算机科学、数学、物理学等多个学科的方法，可以将生命体系看成是互动的、完整的、多元的整体，从而探究整个系统的特性和规律。
本文将从系统生物学的概念、应用、技术和展望四个方面进行阐述，以便更好地了解这个领域的研究成果和前沿。
一、系统生物学的概念系统生物学是指综合应用生物学、物理学、化学和计算机等多个学科理论和方法，以系统化和定量化的方式研究生物系统的特性、组成和功能，并解析其调控机制和相互作用关系的一门新兴学科。
系统生物学是一种新的科技，它基于生命系统本身的丰富性和复杂性开展研究，通过整合多种生物数据、模型和技术，从分子层面上对生命体系进行探究，研究生物系统的特性、组成和功能，并解析其调控机制和相互作用关系。
系统生物学是一个全面的研究生命系统的学科，其思路的出发点是从系统整体角度，尽可能的理解生命系统的功能和物理化学机制，探究生命系统的本质，为生物界和人类的健康服务。
二、系统生物学的应用系统生物学具有多样化的应用，不仅可以用来研究生命体系的基本特性，还可以解决生物领域中的实际复杂问题。
下面列举其中一些典型的应用领域。
1.药物研究：可以通过研究分子机制，分析分子数据库等手段，能够加速潜在药物的开发和筛选。
2.合成生物学：可以在基因和代谢途径层次上设计和重建新的生物系统，推动细胞工程学领域的发展。
3.抗肿瘤药物研究：建模揭示基因突变和通路变化将作为预测增敏的丰富和高效方法。
4.肠道微生物学：研究肠道菌群的变化对健康的影响及构建肠道微生物系统的模型。
5.基因组学：基于基因几何特征的分析，可以增加基因鉴别的准确性。
三、系统生物学的技术系统生物学是近年来发展较快的一个领域，其发展得到了化学、数学、物理学等多个学科领域的支持，同时也有较多的技术支持。
生命科学中的系统生物学理论与方法
生命科学中的系统生物学理论与方法生命科学是一个包含生物化学、分子生物学、遗传学等多个学科分支的复合学科，其中涵盖的知识和细节无穷无尽。
如何从这么多的难以掌握的细节中挖掘出一些有用的信息，并将它们系统有序地整合起来，这是现代生命科学领域中的一个重要问题。
近年来，随着计算机技术的发展，系统生物学的理论和方法被越来越多的生命科学研究者所采用。
那么，什么是系统生物学呢？一、什么是系统生物学？系统生物学是一门研究生命系统中各种分子和细胞之间的相互作用以及系统整体性质的学科。
它的研究对象包括基因、蛋白质、代谢产物和细胞等，在生物学、计算机科学、数学、物理学等多个学科交叉融合的基础上，从整体角度来探究生命科学中的复杂问题。
系统生物学通过全面、细致、动态地描述复杂生命系统的各个环节，提供了一个完整的、全局的研究模式。
二、系统生物学的方法在实际应用中，系统生物学方法主要包括以下几个方面：1.高通量实验技术系统生物学方法的一个突出特点就是对大规模数据的需求。
在生产生命科学实验数据方面，高通量实验技术是必不可少的。
高通量实验技术通常包括蛋白质组分析技术、代谢组分析技术和基因组测序技术等。
利用这些技术，可以大大增强生命科学研究者对细胞内分子组分及其代谢活动的认识，同时也为系统生物学研究提供了充分的数据支撑。
2. 数据挖掘和分析高通量实验技术可以获得大量数据，但这些数据并不是直接可读的。
在整理、存储和分析这些数据方面，各种数据挖掘和分析工具可以发挥巨大的作用。
例如，聚类分析可以将大量的数据分为多个类别，并将这些类别组合成表现更清晰、更有条理的结果；模拟仿真可以在计算机程序内完全复制和模拟生命实验过程，从而得到一系列系统偏差和变异的认知。
3. 系统建模建模是系统生物学研究手段的重要环节，目的是将大量综合性的实验数据转换成数学模型，然后再通过模型验证等方式，结合实验数据的修正和验证，从而为整个系统生物学研究提供科学可行的基础。
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二十世纪是分子生物学的世纪，在分子生物学研究范式的指引下，生命科学取得了巨大的进展。
然而，自上世纪末以来，生命科学领域开始经历一场深刻的革命。
基因组学、蛋白质组学、代谢组学、生物信息学相继兴起，在此基础上，系统生物学应运而生。
一些生物学家认为，“系统生物学将是２１世纪医学和生物学的核心驱动力”，［１］“生物学也将由分子生物学时代进入系统生物学时代。
”［２］与分子生物学相比，系统生物学的研究信念、思维方式、中心问题和研究模式都具有全新的特点，从还原论走向整体论是这次范式革命的重要内容。
整体论的研究理念与方式开始渗透到生命科学研究的各个领域，并对整个生命科学的发展起着重要的推动作用。
也正因如此，一些人认为整体论即将取代还原论，还原论也将退出生物学的舞台。
然而，整体论与还原论之间并不是一种完全相斥的关系，对这个问题我们需要采取一种辩证的态度加以对待。
１．系统生物学的兴起１９５３年沃森和克里克建立了ＤＮＡ双螺旋结构模型，生命科学研究开始进入分子生物学时代。
分子生物学采取的是还原论的方法，它的基本模式是：首先将一个复杂的事物依据某种原则分成多个小的组成部分，然后进一步将这些组成部分分成更小的子组成部分，直到能对这些更小的组成部分进行严格而又透彻的分析，然后在对这些组成部分认识的基础上来了解整个系统。
在具体的研究中，就是将生命现象分解为一条条的代谢途径，一个个的生理周期，然后对它们进行单个的分析，落实到一个或几个基因，最后从具体的基因出发解释生命现象。
分子生物学上的还原论者认为了解生命之谜的钥匙就在于基因，几乎生命的每一种现象，比如遗传、发育、进化等，都可以从基因水平上得到解释。
分子生物学自其产生以来，就渗透到生命科学的各个领域，对生命科学的发展起了巨大的推动作用。
大量生物和人类的基因密码被破译，许多基因产物的功能得到揭示。
然而，随着研究的步步深入，基因到蛋白质再到表型路线的日益清晰，决定与还原的脉络及其限度的逐渐明朗化，人们却越来越发现从基因确定表型的路线是走不通的。
从基因到生物表型是一个非常复杂的开放历程。
它要经历一系列的调控，即不同基因之间、不同蛋白质之间、基因和蛋白质之间的相互作用。
在由ＤＮＡ转录为ＲＮＡ之前，有可能发生基因的突变、移系统生物学：走向整体论的生物学刘海龙（南京林业大学人文社科学院南京２１００３７）摘要：从分子生物学到系统生物学实现了由还原论向整体论的转变。
整体论的研究理念与方式开始渗透到生命科学研究的各个领域，并对整个生命科学的发展起着重要的推动作用。
但整体论不可能是一种纯粹的整体论，而应该是兼容还原论的整体论。
关键词：分子生物学；系统生物学；整体论；还原论；超越中图分类号：Ｎ９４１．９４文献标识码：Ａ文章编号：１００５－６４０８（２００９）０１－００４６－０４基金项目：江苏省高校哲学社会科学基金项目：构建面向节约型社会的消费伦理研究（０６ＳＪＢ７２００１３）收稿日期：２００８－０７－３０作者简介：刘海龙（１９７３—），男，河北涞源人，哲学博士，南京林业大学人文社科学院教师，研究方向：科技哲学、文化哲学。
电子邮箱：ｌｉｕｈａｉｌｏｎｇｂｏｓｈｉ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ第１７卷第１期２００９年１月系统科学学报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＹＳＴＥＭＳＳＣＩＥＮＣＥＶｏ１．１７Ｎｏ．１Ｊａｎ．，２００９４６－－位、扩增和甲基化。
在转录过程中，不同的顺式作用元件和反式作用因子相互作用调节基因转录的活性。
在转录后，作为信息载体的信使ＲＮＡ也受到很多因素的调控，如在５＇末端加帽，在３＇末端加尾。
ＲＮＡ翻译为蛋白质的过程也受到多种蛋白质因子的调控。
翻译完成后也还有一系列的加工过程，比如某些氨基酸的羟基化、磷酸化、乙酰化、糖基化等。
而以上这些事件的发生直接影响基因的表达与否以及以什么样的形式表达。
另外，人们还在实践中发现了基因与表型非线性关系的实例，同一个基因可以导致不同的表型。
比如，ＧＪＢ６基因编码一种细胞膜蛋白质，而这一种蛋白质可以导致两种病理上截然不同的疾病：有时候会导致一种遗传性皮肤病，表现为指甲畸形、皮肤、手足严重病变等，而有时也会导致一种遗传性听力障碍疾病。
显然，基因表达的调控是一个非常复杂的开放过程，多种因素的相互作用是它最明显的特征，而还原论的思维方式是无法容纳所有的这些相互作用的。
分子生物学使认识复杂的生命网络成为可能，而对这些复杂过程有了一定认识后却发现分子生物学的还原论方法面对如此复杂的问题有很大的局限性。
这种以单个基因、单个代谢途径或单个生命现象为对象进行的研究不可能为我们提供足够的资料以达成对生命整体的认识。
同时，由于视野的限制，这种还原论的研究还可能被一些假象所迷惑，使人形成一些错误的认识。
正是因为这种原因，分子生物学自其诞生的那一刻起就被包围在一片“反常”的海洋中。
一些研究者得出的结论大相径庭，同一研究者前后的结论也经常产生一些矛盾。
随着研究的深入，人们日益发现许多生命现象仅仅依靠分析、分解很难得到合理的解释，这种一个基因、一条代谢途径、一个生理现象的研究形式远远不能说明纷繁复杂的生命现象。
正如生物学家贝塔朗菲所说：“当我对生命中各个分子都了解清楚时，我对生物的整体图像反而模糊了。
”［３］生物学的发展需要新的范式加以推动，系统生物学呼之欲出。
从系统理论和系统水平研究生命现象并不是一个新概念。
维纳很早就提出从系统科学的角度了解生命现象，他的研究导致了生物控制论的诞生。
奥地利科学家贝塔兰菲以生物学家的身份去思考、研究并提出一般系统论，其一般系统论并不仅仅用于生命科学，同样也适用于物理学、心理学、经济学和社会科学等各门学科。
但由于对生命过程中分子机制的有限了解，这些努力在微观生物学领域并没有取得太大的进展。
应当说，从单个的代谢途径或生命现象出发寻找基因和表型之间关系的线索，是生命科学发展的一个必经阶段。
只有在对大量单个对象研究的基础之上，我们才可能研究它们之间的联系，并从中得出生命现象的本质和规律。
分析方法取得飞速进展是整体性研究得以展开的前提，系统生物学的出现是建立在分子生物学对大量基因和蛋白质了解的基础之上的。
随着“后基因组”时代的来临，海量的生物数据不断产生，以及生物芯片、质谱仪等高通量技术的日渐成熟，使在收集、整合、数据挖掘的基础上全方位地研究生命活动的规律成为可能。
以生物信息学和计算生物学引导的、以整体和相互关系为研究对象的系统生物学为此应运而生，成为当今生物学研究领域中的新热点。
２００１年国际上１６个基因组测序中心主任在杭州开会时，人类基因组计划主席柯林斯在被问及对未来基因组研究的发展趋势的看法时说，下一步将进入系统生物学研究阶段。
２．系统生物学的整体论转向系统生物学是采用系统科学的方法，将生物不是作为孤立的很多部分而是作为整体系统来定量研究。
它借助多学科交叉的新技术方法，研究功能生命系统中所有组成成分的系统行为、相互联系以及动力学特性，进而揭示生命系统控制与设计的基本规律。
系统生物学将不仅使我们全息地了解复杂生命系统中所有成分以及它们之间的动态关系，还可以预测如果这个系统一旦受到了刺激和外界的干扰，系统未来的行为是什么。
系统生物学的研究内容主要从以下不同的层面展开：１、理解系统的结构。
如基因调控及生化网络，以及实体构造；２、理解系统的行为。
定性、定量地分析系统动力学，并具备创建理论或模型的能力，可用来进行预测；３、理解如何控制系统。
研究系统控制细胞状态的机制；４、理解如何设计系统。
根据明确了的理论，设计、改进和重建生物系统。
［４］以系统和整体为研究目标的系统生物学表现出如下的特点：１、从整体水平开展研究。
系统生物学将生物系统的所有元素（如基因、ｍＲＮＡ、蛋白质、蛋白质相互作用等）一起研究，研究这些元素之间在响应生物或者基因结构扰动时的关系。
这样就可以将不同层次上的信息整合在一起，最终可以在任何给定的４７－－条件下描述生物系统的行为。
将来我们可以通过生物修饰或者药物设计出具有全新性质的生物系统。
２、注重对信息方法的利用。
系统生物学利用面向信号和系统的方法研究细胞内、细胞与细胞之间的动态过程。
３、采用建模分析的方法。
系统生物学中的“系统”一词指“系统科学”、“系统和控制理论”，在实际应用过程中的意义通常是数学建模和模拟。
从总体上来看，系统生物学的思维方式从还原论转向整体论。
整体论的基本观点是：整体的各组成部分具有紧密的内在联系，整体不等于部分之和，任何分割都会损害这些联系；我们不能根据对部分的研究获得对整体的完全解释，因为任何分割都会损害到整体，分割后的整体已不再是原来的整体；对整体的研究应从整体水平着眼，以整体为对象，使用一套整体性的研究方法。
系统生物学认为，单靠生物的分子结构无法解释生物的所有属性和行为，因为在一个整体内，各种组分间的相互作用会涌现出组分本身所不具有的新的属性和功能，出现了整体本身所独有的运动规律。
一个整体虽然是由各个组成部分构成的，但各个组成部分只有在作为整体的一部分时才有意义。
即使把各个组成成分高纯度地分离出来，在可控条件下运用高精度的理化仪器和技术弄清其属性和功能，也无法阐明由这些成分构成的整体的属性和功能。
所以，对生命现象的研究必须从系统整体的水平展开。
以整体论为指导的生物学与以还原论为指导的生物学具有本质的不同和明显的优势。
在还原论指导下的生物研究是从单个基因或蛋白质入手，但生命活动是整个生物大分子系统协同作用的结果，孤立、零散的单个分子是无从发挥作用的。
而整体论研究就是要把孤立的在基因水平和蛋白质水平的各种相互作用、各种代谢途径及调控途径等融合起来，用以说明生物整体。
在还原论指导下，生物体被假定为一个可以分割为许多独立子系统的复杂系统，认为只要将子系统研究清楚，就能了解复杂系统的行为。
如果子系统仍然很复杂，就用同样的策略在子系统中再继续分割，一一击破。
可是在使用层次分解方法的研究过程中，我们也发现子系统并非完全独立，而是具有交叉性。
整体论充分考虑研究对象的系统具有交叉性，系统地收集这些交叉信息，能更加客观地研究生物对象的本身。
关于系统生物学如何看待还原论和整体论的问题，世界顶级杂志《科学》编辑部通过一个非常巧妙的命题予以回答：面对一只死猫和一只活猫有什么区别？系统生物学的回答是，死猫是其各种组成成分的一个集合体，活猫则是由整合了这些组成成分的一个系统所涌现出的行为。
这个回答也表现出了整体论的系统生物学与还原论的分子生物学的本质区别。
３．什么样的整体论从分子生物学到系统生物学，可以说是实现了整体论对还原论的超越。
现在的问题是怎样理解这种超越？超越是不是对原有内容的彻底否定，采用全新的东西。
说整体论超越还原论，是不是就可以认为还原论一无是处而必须与其彻底决裂，完全采用整体论的方法。
很显然，答案是否定的。