國立臺灣大學系統生物與生物資訊學研究中心

緣起

二十世紀生物學經歷了由宏觀到微觀的發展過程，由形態及表型的描述逐步到研究生物體的各種分子及其功能。五十多年前(1953年) Francis Crick 和 James Watson 提出DNA雙螺旋模型，開啟了分子生物學的時代；70年代出現的基因工程技術加速了分子生物學的發展；1990年人類基因體計畫開啟了生命科學史上第一個大科學工程，因而開始了對生物全面及系統的探索；2003年完成了人類及各種模式生物基因體的解碼，於是將生物學帶入了系統生物學的時代（請參閱附件一）。

系統生物學是研究一個生物系統中所有的組成份的構成，以及在特定條件下這些組成份相互關係的學科(美國科學院院士Leroy Hood的定義)。系統生物學與以往的實驗生物學(只關心個別的基因和蛋白質)不同的是它要研究所有的基因、所有的蛋白質、組成份間所有的關係如基因網路和蛋白質和蛋白質間交互作用；並利用計算生物學及生物資訊學來定量描述和預測生物功能、表型和行為。系統生物學將在基因體序列的基礎上完成由生命密碼到生命過程的研究，這是一個逐步整合的過程，可能需要一個世紀或更長的時間，因此惕漼t統生物學稱為21世紀的生物學。

基因體分析等研究為我們累積了巨量的數據，而生物資訊學可協助我們利用這些數據加速做新的觀察，也因此有機會從整體的、合成的角度檢視生物學，而建立所謂的系統生物學。未來的生物學會由傳統的描述性科學，轉變成一種可定量、可分析及具有預測性的生物學，所以需要借助數理工程領域的研究方法，如此才能使得生物學如物理科學般有數學模型的理論基礎，這些理論是由有定量化的實驗證據而建立的，不但可用來解釋實驗觀察到的生物現象，而且可進一步預測其它可能的生物反應。此概念可以廣泛地應用到生物多樣性、生理、內分泌、神經、生態、形態、基因體等各個生物學領域，甚至包含農業、生化工程、生物技術、醫學以及其他綜合性的領域（請參閱附件二）。

Leroy Hood博士於 2000年1月與Alan Aderem及Ruedi Aebersold等人在美國華盛頓州西雅圖市創立全世界第一個系統生物學研究所。有關系統生物學的研究在2001年Ideker等學者在Science 發表以酵母菌利用半乳糖的代謝過程的應用實例。2002年3月Kitano等學者亦在Science期刊有一系列的報導，並開宗明義地提到：如果對當前流行的、時髦的關鍵詞進行分析，就會發現“系統”高居排行板。由此可見系統生物學的研究對未來生物學的發展是非常重要的。

系統生物學領域在世界上正蓬勃地發展，目前全世界各主要大學及研究機構陸續成立專門研究系所。除上述Leroy Hood博士於 2000年創立的系統生物學研究所外，麻省理工學院於 2003年成立跨院的Computational and Systems Biology Initiative（請參閱附件三）。哈佛大學亦於 2003年Department of Systems Biology（請參閱附件四）。在鄰近地區則有北京清華大學設立生物資訊與系統生物研究所、中國科技大學設立系�i生物學系、上海交通大學成立系�i生物醫學研究所、以及台灣中央大學設立生物資訊與系統生物研究所。

麻省理工學院校長C.M. Vest認為”The interplay of sophisticated experimental measurements with advanced computational modeling will advance our basic understanding of living systems and ultimately aid the transfer of that knowledge to medical practice”。而哈佛大學Department of Systems Biology主任Kirschner教授認為：「如果研究者能在分子以及細胞層級上花下更多的努力，再將這些知識整合，最終必能將生物之生理現象以分子之間的關係重建出來，如此之知識應能使未來之藥物開發事半功倍。為了達成整合遺傳學以及分子生物學之發展目標，對師資及學生背景之要求是以跨領域之人才為優先考量，聘請來自生物學、物理學、數學、化學、電腦科學、工程學以及醫學跨領域的人才。新系也合聘了醫學院、理學院、基因體研究及癌症研究機構之教授」。而麻省理工學院 Department of Electrical Engineering and Computer Science主任Guttag教授則認為”Biology will impact engineering in the 21st century much the same way that physics and chemistry did during the 20th century”。

全世界各主要大學及研究機構紛紛投入大量的經費於系統生物學的研究上，包括哈佛大學五千萬美元、麻州理工學院一千六百萬美元、Southwestern Medical Center at Dallas二千五百萬美元、加州大學柏克來分校與Arizona州立大學各為五百萬美元。同時美國國家衛生研究院（NIH）於2003年補助26所大學從事整合性生物學的研究；美國國家癌症研究所也成立了整合性(系統)生物學門。在英國，Academy of Medical Sciences及Royal Academy of Engineering則將系統生物學定為scientific與national priority（請參閱附件五）。而英國的國家科學單位也資助六所大學發展系統生物學研究。在亞洲，新加坡與麻省理工學院合組Singapore- MIT center for tissue biology，同時也於2002年與禮來藥廠合組Lilly Systems Biology Centre投入1.4億美元進行相關研究。