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合成生物学研究所介绍:加州大学旧金山分校系统与合成生物学中心

2018-12-21
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合成生物学研究所介绍:加州大学旧金山分校系统与合成生物学中心

UCSF Center for Systems & Synthetic Biology

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网址:http://systemsbiology.ucsf.edu/

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加州大学旧金山分校系统与合成生物学中心,我们的长期目标是实现对细胞网络设计原则的更深入、统一的理解。

我们的中心结合了自下而上的方法来定义核心分子算法,用于解决基本的细胞调控问题,采用自上而下的复杂网络高通量映射方法。为此,我们目前的目标是在理论上定义细胞线路的设计规则,构建合成细胞网络,并表征自然细胞网络及其演化。我们希望更深入地了解细胞网络如何发挥作用,它们为何在疾病方面存在缺陷,以及如何以治疗有用的方式调节或改造细胞。

该中心位于加州大学旧金山分校的Mission Bay校区,通过其定期会议和活动,成为跨学科和定量探索生物系统功能的核心。该中心的核心倡议是系统生物学研究员计划,其中来自定量和工程科学的有才华的年轻研究人员被招募到加州大学旧金山分校,以培养新的和创新的研究方向。

在加州大学旧金山分校社区内,该中心组织了许多教育活动。该中心在IPQB研究生课程和开发教学系统生物学方法方面发挥着核心作用。我们还支持西班牙语言和文化科学团体CIENCIA。我们的中心还领导UCSF iGEM团队,这是一个创新的研究/教育合作,旨在促进旧金山联合学区内的生物技术项目。


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01
了解生物系统的设计原则

加州大学旧金山分校系统与合成生物学中心于2010年9月获得资助,作为NIGMS国家系统生物学中心的一部分。该中心是加州大学旧金山分校的核心,用于跨学科和定量探索生物系统如何运作。该中心还是15个国家系统生物学中心网络中的一个节点。我们中心的主要目标是扩大加州大学旧金山分校的系统生物学界,并在科学上理解细胞网络的设计原则。


02
在加州大学旧金山分校扩展系统生物

我们建立了系统生物学研究员计划,作为一种机制,将来自非传统,非生物背景的杰出青年科学家引入加州大学旧金山分校强大的医学和生物学社区。这些研究员能够与加州大学旧金山分校的任何感兴趣的教师合作,也有助于更好地将我们的中心融入更广泛的社区。


03
我们试图了解细胞如何使用遗传编码的分子网络

加州大学旧金山分校系统与合成生物学中心旨在了解细胞解决问题的设计原则。我们的理念是使用网络扰动/分析,网络工程和理论枚举的组合来更全面地理解细胞用于制定特定类别的监管决策的基本算法原则。我们还旨在利用我们对网络设计原则和机制的不断增长的知识来开发创新的治疗策略。更广泛地说,该中心的目标是在我们自己的机构,以及更大的科学和教育界,在这个变革领域的发展中发挥领导和催化作用。



当前项目
04
项目1:控制和使用时间的网络

该项目的动机是细胞如何使用一组有限的调控途径做出如此多的不同决策。我们和其他人假设细胞网络必须能够在路径激活的时间模式中编码和解码不同的信息。我们正在利用光遗传学时间扰动来直接和系统地审查细胞如何解释不同的动态信号,探索假定利用时间编码的3种不同系统(酵母应激反应,哺乳动物细胞增殖和干细胞分化)。同时,我们使用计算和合成生物学方法来阐明由输入动态(脉冲宽度或频率)门控的网络的自下而上的设计原则。


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05
项目2:组织空间的网络

该项目的目标是了解细胞网络如何编程自组织空间输出,例如不对称细胞内结构的形成,以及复杂多细胞形态的更高水平的形成。我们正在使用定量分析,计算线路探索和合成重建/扰动的组合来理解网络如何调节细胞内结构,例如细胞极性的形成或细胞器大小的稳态。在多细胞水平,我们使用并行的方法组合来了解细胞网络如何控制核心形态行为,如细胞分选,囊肿形成,小管形成,小管分支和不对称细胞分化。 


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06
项目3:应用程序 - 在T cell中进行网络重新布线

该项目的动机是使用系统和合成生物学方法来理解和设计治疗上重要的细胞网络的长期目标。我们选择专注于T淋巴细胞的调节网络,因为有两个重要的治疗目标:i)T细胞是HIV感染的目标,因此我们想要了解HIV如何重新连接网络,以及我们如何操纵网络 - 病毒疗法; ii)工程化,过继转移的T细胞最近已成为治疗癌症的可行且有效的平台,但它们的活性仍然只是粗略可控的。我们想要了解我们如何能够综合操作T细胞网络,以产生更精确的治疗效果和改善治疗效果。


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部分研究员

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Wendell Lim

活细胞使用遗传编码的分子网络来调控其环境并做出复杂的决策。我们有兴趣了解这些网络的功能和发展背后的设计原则。细胞网络是相互联系和多功能的;解开他们以阐明机制是具有挑战性的。因此,除了解构自然网络之外,我们还使用合成生物学方法以使我们系统地分析网络的方式构建或重新连接网络。我们研究不同的细胞类型(酵母,T细胞,神经元),以阐明细胞用于解决常见调节问题的一般逻辑。随着我们更好地理解细胞网络的设计规则,我们已经开始有兴趣将这些知识应用于工程师设计的细胞,这些细胞执行治疗功能,例如感知和破坏癌症。


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Nevan Krogan

我们实验室的研究重点是高通量网络生物学,以获得对细胞过程和疾病状况的机制见解,特别强调发病机制,癌症,精神疾病和心脏病。我们的实验室位于加州大学旧金山分校的定量生物科学研究所(QBI)和格拉德斯通研究所。


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Hana El-Samad

我们的实验室对细胞生物学,动力系统建模和控制理论界面的跨学科研究感兴趣。


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Hao Li

我们的实验室研究可以分为3个领域:阐明衰老的细胞/分子机制;解读复杂人类特征的遗传决定因素;揭示基因调控网络的结构,功能和发展。


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Michael Fischbach

来自微生物的小分子在临床上广泛用作抗生素,抗癌剂,免疫抑制剂和降胆固醇药物。我们的实验室专注于三个新兴原则,这些原则正在改变我们对哪些微生物产生天然产物的理解,它们在生产者的生物学中扮演什么角色,以及如何最好地发现它们。


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Zev Gartner

人体包含超过10万亿个细胞,跨越数百种形态不同的细胞类型。这些细胞必须协同工作才能使我们的身体正常运作。然而,如此巨大的细胞多样性如何协调它们的行为仍然是个谜。

组织结构 - 或细胞,细胞外基质和可扩散分子的组成和物理排列 - 通过组织细胞之间的化学,机械和电子信息流来帮助协调细胞行为。因此,正确地构建组织结构并且随着时间的推移维持组织结构是工程功能器官和阻止癌症等疾病进展的先决条件。

我们对组织结构如何形成和功能的三个一般性问题感兴趣:

(i)组织结构如何通过自组织过程形成?

(ii)组织结构如何帮助细胞做出集体决定并组织集体行为?

(iii)癌症等疾病进展过程中组织结构如何破裂?

为了回答这些问题,我们采用综合方法,从下至上设计人体组织。这种方法使我们能够测量和干扰个体细胞的分子和物理特性,将它们重新组织成活组织,然后观察它们之间的相互作用,揭示指导其集体行为的潜在“规则”。我们主要关注人类乳房的细胞和组织,我们的工作结合了化学,生物和工程科学的实验原理。