科学研究

 

研究方向总概

我们应用和发展定量的方法和工具,有机地结合理论、计算和实验来提出和解决关键生物学问题。通过对生物系统的定量的交叉的研究,来发现生物世界中的基本定量规律及普适性原理。目前研究方向主要集中在细胞和调控网络层次,具体包括:细胞周期调控中的系统设计原理,细胞是怎么及如何做各种决定的;生物网络中的功能与拓扑结构的关系;发育及细胞分化的数学模型;信息论在生物系统中的应用;基于网络结构的复杂疾病机理等。



细胞周期调控中的系统设计原理

真核生物的细胞周期在进化上高度保守,其功能异常是癌症的一大标志。细胞的增殖和分裂是一个复杂的过程,包括了一系列不同事件之间的转换 。我们试图理解细胞周期中的转换开关如何保证可控、可靠和果断的切换,以及扰动/突变对这个系统影响。我们使用模式生物芽殖和裂殖酵母,结合数学建模,酵母遗传学工具,时序荧光显微镜,单细胞分析以及微流芯片技术来研究这些问题。



生物网络中的功能与拓扑结构的关系

生物网络的功能与其拓扑结构紧密相连,理解二者的对应关系,可以建立一个理论框架,从功能上界定与解释复杂的生物网络,并能为网络设计提供指南。目前,我们利用计算模拟的方法来研究小型网络模块的功能-拓扑关系。例如针对生化网络的适应性,我们确定出所有可能具有适应性的网络结构,发现在众多生化网络中,只有两种核心网络结构模式可以实现完全的适应功能。最近我们将计算与合成生物学方法结合,发现并实验验证了具有细胞极化功能的核心网络结构。



细胞命运的决定及转化

单细胞生物在内外环境变化时要做各种决定,选择不同的命运形态。多细胞生物在发育过程中细胞不断分化。而在干细胞的研究与应用中,希望对细胞重编程的各种可能性进行探索。我们针对这些问题建立数学模型及理论框架,与实验结合,来理解它们做决定的策略、机理、信息处理、其中的定量规律及一些共性原理。