个人简介
杨一帆，1984年生，湖北武汉人。本科就读于北京大学元培学院，先后学习数学和生命科学，2008年获得生命科学学士学位。于2011年和2016年获得法国巴黎第五大学硕士和博士学位。2019年于以色列威兹曼研究所开展博士后研究，师从于系统生物学大师Uri Alon。拟于2025年1月加入西湖大学，担任特聘研究员，研究兴趣集中在生物衰老中的非线性动力学，统计物理和定量生理学。
研究方向
本课题组将结合湿实验，理论建模和计算方法，从系统学的角度研究生物衰老。研究方向分为三部分：生物衰老的第一性原理，细胞应激反应和细胞周期调控的系统规律，以及哺乳动物衰老与组织稳态。
（一）生物衰老的第一性原理
在现有的生物衰老研究中，传统的分子遗传学和分子细胞学等自下而上的方法面临复杂性、随机性和涌现性等挑战。虽然许多与衰老相关的生物过程已被确定为衰老标志，但它们之间的相互作用如何具体导致个体衰老并决定寿命仍然不清楚。
所有复杂系统，无论是生命体还是非生命体，包括工程系统如汽车、飞机，甚至材料，都会随着时间的推移变得功能下降，更易受到损伤和最终失效的影响。这背后的根本原理在于，构成这些系统的“零件”有相互依赖的关系。因此，对这些系统如何失效的定量研究，可以反映出这些系统内部的相互依赖关系，和系统层面的组织架构。这一方法为理解生命系统的鲁棒性提供了全新的视角，也有望揭示出具体生物系统衰老的根本原因。
杨一帆博士的现有工作表明，1）大肠杆菌和人类等生物体的衰老过程，与汽车，飞机等工程系统的衰老过程，分别可以用两种不同的定量规律来描述，而生物体与工程系统之间有定性差异；2）从大肠杆菌到小鼠等多种模式生物的衰老过程，可以被一个普适的低维随机微分方程所描述。
这一系列成果也就引出了一些更深层的问题：为什么完全不同的生物体的衰老会有相同的动力学过程？生命系统与工程系统在系统架构上有什么本质区别？本课题组将从第一性原理上解释以上问题。
（二）应激反应和细胞周期调控中的系统规律
以上系统学层面的理论研究，也需要在较为简单的生物体通过实证检验。裂殖酵母和大肠杆菌等微生物系统，由于其较短的繁殖周期和快速的进化能力，为实证检验此类理论提供了实验平台。
裂殖酵母乃至一些细菌物种，在过去几十年为理解衰老的细胞学原理做出了很多贡献。杨一帆博士的工作，成功地显示了许多哺乳动物上发现的衰老动力学过程，在大肠杆菌这样的原核单细胞生物中也依旧适用。
如同哺乳动物有多种组织，单细胞生物也有多个细胞器。不同细胞器由于功能活动和结构不同，在衰老过程中所积累的损伤也不一样。但这些生物体虽然如此复杂，却在整体呈现出较为简单的动力学过程：大肠杆菌的损伤动态可以由一个一维的随机微分方程描述。这说明不同损伤之间的相互作用导致其整体可以用一个整体变量来描述（平均场近似）。
本课题组将以裂殖酵母等微生物为模式体系，进一步在活体中探索不同细胞器所受损伤的动态学过程，以及其相互作用网络的结构特点。此研究方向中我们会主要使用缩时显微，移液机器人等自动化实验平台，探索细胞损伤，应激反应和细胞周期调控中的定量规律。
（三）哺乳动物衰老与组织稳态
同时，课题组计划利用已开发的理论工具，用于开发下一代的人类生理年龄的生物标志物与时钟。衰老生物学领域的一个重要目标是，开发能衡量生理年龄而非绝对时间年龄的生物标记物。这种生物标记物可以有多种应用，如用于抗衰老药物的筛选，又比如用于个体化的精准医疗和保健方案。
人们利用机器学习方法和多种组学如表冠基因组学数据，已经开发了多种衰老时钟。其中用于标定绝对时间年龄的时钟可以成为年龄时钟，而用于标定生理损伤和生理年龄的可以称为生理时钟。组建这些时钟的往往是数万个表冠遗传学位点中，通过套索回归等算法筛选出的数千个与年龄或生理状态相关的位点。人们并不清楚这些位点所参与的生理过程，以及机理层面上与衰老过程的联系。
杨一帆博士所参与发现的损伤动力学模型，可以用于开发下一代的生理时钟，并建立时钟与生理过程之间机理上的联系。我们会开发量身定做的机器学习方法，使用现有生物样本库和人类队列研究的基因组学，来开发能预测器官生理状态和组织损伤的生理时钟。我们希望此项研究能揭示人类和哺乳动物组织衰老及组织稳态的生物机理。
代表论文
1.Yang Y, Mayo A, Levy T, Jarosz D, Alon U*.Compression of sickspan by interventions that steepen the survival curve. BioRxiv (2023 in revision forNat. Commun) doi:10.1101/2023.10.04.560871.
2.Yang Y*, Karin O, Mayo A, Song X, Chen P, Santos A, Lindner AB, Alon U*. Damage dynamics and the role of chance in the timing ofE. colicell death.Nat. Commun.14.1 (2023): 2209.
3.Yang Y*, Santos AL, Xu L, Lotton C, Taddei F, Lindner AB*. Temporal scaling of aging as an adaptive strategy of Escherichia coli.Science Advances(2019) May 29;5:eaaw2069S.
4.Yang Y, Song X, Lindner AB*.Time-lapse microscopy and image analysis of Escherichia coli cells in mother machines.Methods in Microbiology, (2016) Dec 1;43:49-68.
5.Izard J, Gomez Balderas CD, Ropers D, Lacour S, Song X,Yang Y, Lindner AB, Geiselmann J, de Jong H. A synthetic growth switch based on controlled expression of RNA polymerase.Mol. Syst. Biol.(2015) Nov 23;11(11):840.
联系方式
课题组现接受硕士，博士研究生，博士后和科研助理申请。欢迎有志于研究生物衰老原理的年轻学者加入我们。申请人请将一份Cover letter，简历（必选）和作品集（可选，包括论文，代码，科学图片等）发至以下邮箱：yangyifan@westlake.edu.cn
