Omics

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Omics(组学)是现代生物学中一组以“-omics”为后缀的学科的统称,旨在对生物体内的某类分子进行高通量 (High-throughput)整体性 (Holistic) 的定性与定量分析。与传统的“还原论”研究(关注单个基因或蛋白质)不同,Omics 致力于描绘生物分子的全貌。其核心层级对应着生物学的中心法则 (Central Dogma):从 Genomics (DNA)、Transcriptomics (RNA)、Proteomics (蛋白质) 到 Metabolomics (代谢物)。近年来,随着 Multi-omics (多组学) 整合分析的兴起,Omics 已成为 Systems Biology (系统生物学)Precision Medicine (精准医疗) 的数据基石。

Omics
Integrative Biology Fields (点击展开)
生物大数据的全景视图
学科参数
词根来源 希腊语 -ome (整体)
核心特征 高通量 (High-throughput)
数据规模 Big Data (TB/PB级)
分析工具 Bioinformatics / AI
主要分支
DNA层 Genomics
RNA层 Transcriptomics
蛋白层 Proteomics
代谢层 Metabolomics

组学层级:从基因型到表型

Omics 学科群通常按照生物信息的流动方向进行分层。每一层都提供了理解生命现象的不同视角:


学科 研究对象 核心技术与意义
Genomics DNA 序列 NGS。揭示“可能发生什么” (What can happen)。是生命的蓝图。
Transcriptomics RNA 转录本 RNA-Seq。揭示“正在发生什么” (What is happening)。反映基因表达的动态。
Proteomics 蛋白质 Mass Spectrometry (质谱)。揭示“执行功能的是什么” (What makes it happen)。是功能的直接执行者。
Metabolomics 小分子代谢物 NMR / LC-MS。揭示“最终发生了什么” (What has happened)。最接近表型 (Phenotype)。

前沿趋势:多组学 (Multi-omics)

单一组学(如仅看基因组)往往只能提供管中窥豹的视角。Multi-omics 指的是整合多个层级的数据,以构建更完整的生物系统模型。


其他新兴组学

  • Epigenomics (表观组学): 研究 DNA 甲基化和组蛋白修饰。
  • Metagenomics (宏基因组学): 研究环境样本(如肠道菌群)中所有微生物的遗传物质。
  • Radiomics (影像组学): 从医学影像(CT, MRI)中提取大量定量特征。
       学术参考文献 [Academic Review]
       

[1] Hasin Y, Seldin M, Lusis A. (2017). Multi-omics approaches to disease. Genome Biology.
[点评]:经典综述,详细阐述了整合基因组、转录组和蛋白质组数据以解析复杂疾病机制的方法论。

[2] Joyce AR, Palsson BØ. (2006). The omics revolution and systems biology. Nature Reviews Molecular Cell Biology.
[点评]:回顾了组学技术的爆发如何催生了系统生物学,以及自下而上重建生物网络的挑战。

[3] Karczewski KJ, Snyder MP. (2018). Integrative omics for health and disease. Nature Reviews Genetics.
[点评]:Michael Snyder 团队的文章,探讨了在精准医疗时代,如何利用个人多组学图谱(iPOP)进行健康管理。

           生物技术全景 · 知识图谱
核心层级 GenomicsTranscriptomicsProteomicsMetabolomics
使能技术 NGSMass SpectrometrySingle-cell Sequencing
综合应用 Systems BiologyMulti-omicsPrecision Medicine