量化生物學概論

生命裡也可以有通則，它蘊藏在律動裡～ 讓我們先來量化它吧！

簡介：這門跨學科課程旨在提供量化生物學（Q-Bio）的介紹和新觀點。將介紹和討論Q-Bio的理念、意義和當前進展。將使用生物振盪器、雙穩態和觸發波作為範例來說明生命動態系統的功能與設計原理。為了研究設計原理和生命動態系統之間的聯繫，我將介紹數學建模和電腦模擬，說明它們如何成為有用的工具（不需要事先的程式設計經驗和數學訓練）。我也將介紹Q-Bio的當前應用（如遺傳電路設計、細胞行為控制和癌症治療等）。本課程也會邀請不同專長的Q-Bio科學家，介紹不同生物系統的設計原理，以拓寬學生對Q-Bio的看法。除了講課之外，也會將學生分成小組進行Q-Bio專題研究（範例專題見下文），以獲得實作經驗。

目標：

• 向低（ㄧ、二）年級學生介紹Q-Bio領域。
• 生物系統數學建模的基本概念。
• 讓學生熟悉 Q-Bio 中的概念、工具和研究方法。
• 幫助學生做好修習進階 Q-Bio 課程的準備（例如：線性代數、工程數學、合成生物學或生命科學數學）

課程：

1. Q-Bio --- why?

2. Emergent biological dynamics (oscillations, digital switches, trigger waves, and biological patterns)

3. Design principles in biology (python intro)

4. Formalizing conceptual models via mathematics (assign group)

5. Design principles underlying biological dynamics (ultra-sensitivity)

6. Design principles underlying biological dynamics (biological switches and trigger waves) + Project introduction

7. Tool-building in biology based on design principles

8. Q-bio topic: understanding gene transcription via thermodynamics, co-lecture with Dr. 周信宏        

9. Q-bio topic: quantitative imaging analysis, co-lecture with Dr. 趙本秀 (Project proposal)

10. Q-bio topic: diffusion and random walk, co-lecture with Dr. 林耿慧        

11. Q-bio topic: ecological dynamics, co-lecture with Dr. 柯柏如        

12. Q-bio topic: modeling cell growth rate, co-lecture with Dr. 林暐翔        

13. Q-Bio: generative AI in biology, co-lecture with Dr. 吳亘承 and Dr. 陳映嘉        

14. Q-bio topic: pattern formation via reaction-diffusion, co-lecture with Dr. 邱澗庚        

15. Project presentation

2024 合授課老師群

周信宏  趙本秀   林耿慧   柯柏如   林暐翔   吳亘承   陳映嘉   邱澗庚

期末專題研究範例：

• Formation of phospholipid vesicles
• Linking positive feedback loops to expand the range of bistability
• Cell cycle oscillations
• Chemotaxis of E. coli
• Genetic logic gates
• C.elegans colony formation
• Elongate the life span of yeast

2024Q-Bio的大家！

後記：

謝謝各位同學，這學期和我還有幾位臺灣的量化生物學家，一起共學。
我收穫很多，最大的收穫就是再次了解到，
同學們心裡其實有很多超棒的想法，只要給你們時間，我們都可以激發彼此，心裡的科學小宇宙！

當初想開這門課，

一方面是覺得，如果我還是小大一（．．．雖然你們大部分是senior），應該會覺得有這樣一門，不是以分子、細胞、生理（．．．記憶）為主軸，而是以探討「生命裡可能存在通則」的跨領域課程，應該會覺得比較不寂寞。

二方面是覺得，量化生物學的想法與工具，是現在與未來了解生命現象的一大利器，很想跟臺灣的年輕學生分享。

近幾年，臺灣陸續招募了不少以量化方法做研究的優秀科學家。大家用不同的生物系統、工具，回答不同時間尺度的問題，很想跟他們學習，所以就邀請他們一起來開了這門課（特別謝謝信宏、柏如與澗庚，在開課初期，提供很多寶貴的建議）。

你們來自不同的系所（生科、醫工、生技、電機、森資、分細），能在一堂課上學習，是難得的緣分。能分組一起做project，也可以更認識自己與這個世界上的其他人。請大家未來，帶著Q-Bio的血液，繼續勇敢向前吧！

我以後週四中午，會悠閒地吃著午餐，思考著你們的跟這個世界上的問題喔～

附帶說一下，雖然上星期有人覺得這門課作業可以多一點、數學可以更man一些~
最後也有一群人（正常人？！）說，課程規劃的內容已經很豐富了～
如果你們對課程有其他建議，也請跟我反應吧！
讓你們的學弟、妹更幸福一些（如果有繼續開課的話啦）！
  

English website：https://celldynamicslab.mystrikingly.com/blog/qbio