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假设驱动仍是当前生命科学研究的主要策略

2010-04-27 09:42 江洪波 未知 阅读 0
核心摘要: 本文探讨了生命科学研究中假设驱动与数据驱动两种策略的争论。麻省理工学院教授温伯格主张假设驱动仍是主要策略,而同事则支持数据驱动。文章回顾了系统生物学的发展背景,介绍了胡德提出的系统生物学四阶段工作流程,强调知识、假设和数据缺一不可。同时指出技术发展如DNA自动化测序机等对研究的推动作用。文章认为,生物学正从宏观到微观深入发展,系统生物学和合成生物学引领新时代。

以研究肿瘤享誉生命科学界的麻省理工学院教授温伯格认为,假设驱动仍是当前生命科学研究的主要策略。而温伯格的同事则在另一篇文章中针锋相对地提出,生命科学研究应该由数据驱动。

(1)系统生物学发展背景下的假设驱动

温伯格认为,历来被视为描述性科学的生物学,在20世纪成了一种假设驱动的实验。与此密切相关的是愈益占主导地位的还原论,亦即可通过分解结构成分予以离析研究来理解复杂的生物系统的观念。尽管人类基因组等研究计划的成功不容置疑,但这并不意味着要取消二、三十个假设驱动的小规模项目。

上述的不同研究模式之争,是在人类基因组、肿瘤基因组等“大科学”项目不断开展、系统生物学思想的发展下进行的。回过头看,“人类基因组计划”的发起人之一,美国科学家莱诺伊·胡德(Leroy Hood),也是系统生物学的创始人之一,曾经指出,系统生物学的基本工作流程有这样四个阶段。首先是对选定的某一生物系统的所有组分进行了解和确定,描绘出该系统的结构,包括基因相互作用网络和代谢途径,以及细胞内和细胞间的作用机理,以此构造出一个初步的系统模型。第二步是系统地改变被研究对象的内部组成成分(如基因突变)或外部生长条件,然后观测在这些情况下系统组分或结构所发生的相应变化,包括基因表达、蛋白质表达和相互作用、代谢途径等的变化,并把得到的有关信息进行整合。第三步是把通过实验得到的数据与根据模型预测的情况进行比较,并对初始模型进行修订。第四阶段是根据修正后的模型的预测或假设,设定和实施新的改变系统状态的实验,重复第二步和第三步,不断地通过实验数据对模型进行修订和精练。系统生物学的目标就是要得到一个理想的模型,使其理论预测能够反映出生物系统的真实性。也就是说,已有知识、“假设”和“数据”缺一不可。

值得关注的是,除了上述的知识、“假设”和“数据”,技术的发展也是不容忽视的动力。事实上,“人类基因组计划”的进展的动力之一就是胡德开发的DNA自动化测序机。此外,胡德还发明了DNA合成机、蛋白质测序机和蛋白质合成机,这4种仪器将改变世界,使人类能更有效地解释合成生物学。

可以说,在经历了从宏观到微观的不断发展的过程——从器官、细胞、基因乃至分子一步步解析研究的深入后,系统生物学、合成生物学概念的提出、研究和技术发展等,使生物学发展面临了一个新时代,而美国的“新生物学”(New Biology)提法等,则揭示了其特征。

(江洪波 整理)

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