Sistemska biologija

Sistemska biologija je holistički pristup biomedicinskim i biološkim naučnim istraživanjima (za razliku od tradicionalnog reduktionizma). Sistemska biologija je interdisciplinarno polje bazirano na biologiji sa fokusom na kompleksnim interakcijama unutar bioloških sistema. Ovaj koncept je u širokoj upotrebi u bionaukama u više različitih konteksta, pogotovo nakon 2000. godine. Jedan od primarnih ciljeva ove naučne oblasti je razvoj modela i otkrivanje svojstava koja se manifestuju kad ćelija, tkivo i organizam funkcionišu kao celina (sistem), i čije je teoretsko opisivanje jedino moguće koristeći tehnike u domenu sistemske biologije. Realizacija tih ciljeva obično obuhvata izučavanje metaboličkih ili signalnih mreža.^[1]

Pregled

Sistemska biologija se može posmatrati sa više različitih aspekata:

Kao polje izučavanja, posebno, izučavanja interakcija između komponenti bioloških sistema, i načina na koji te interakcije proizvode funkcije i ponašanje sistema (na primer enzima i metabolita u metaboličkom putu).^[2]^[3]

Kao paradigma, obično definisana kao antiteza takozvane redukcionističke paradigme (biološka organizacija), mada je potpuno konzistentna sa naučnim metodom. Razlika između ove dve paradigme se razmatra u sledećim navodima:

„Redukcionistički pristup je uspešno identifikovao većinu komponenti i mnoge interakcije ali, nažalost, ne proža ubedljive koncepte ili metode za razumevanje pojave sistemkih svojstava ... pluralizam uzroka i posledica u biološkim mrežama je bolje razmatrati putem kvantitativnog simultanog merenja višestrukih komponenti i putem rigorozne integracije podataka u obliku matematičkih modela“ (Sauer et al.).^[4]

„Sistemska biologija ... se bavi sjedinjavanjem umesto razčlanjavanja, integracijom umesto redukcije. To zahteva da se razviju načini razmišljanja o integraciji koji su jednako rigorozni kao i naši redukcionistički programi, ali su različiti ... To zahteva promenu naše filozofije, u punom smislu reči“.^[5]

Kao serije operacionih protokola koji se koriste u istraživanju, naime ciklus sastavljen od teorije, analitičkog ili računskog modelovanja radi nalaženja specifičnih hipoteza o biološkom sistemu koje je moguće testirati, eksperimentalne validacije, i zatim primene novostečenog kvantitativnog opisa ćelija ili ćelijskih procesa u usavršavanju računskih modela ili teorije.^[6] Pošto je cilj razvoj modela interakcije sistema, eksperimentalne tehnike koje su najpodesnije za sistemsku biologiju su one koje obuhvataju ceo sistem i nastoje da budu kompletne koliko god je to moguće. Za prikupljanje kvantitativnih podataka radi konstrukcije i validacije modela se koriste transkriptomika, metabolomika, proteomika i visoko protočne tehnike.

Kao primena teorije dinamičkih sistema na molekularnu biologiju. Fokus na dinamici izučavanih sistema je potencijalno glavna konceptualna razlika između sistemske biologije i bioinformatike.

Kao socionaučni fenomen definisan strategijom podsticanja integracije kompleksnih podataka o interakcijama u biološkim sistemima iz raznovrsnih eksperimentalnih izvora koristeći interdisciplinarna oruđa i osoblje.^[7]

Ova raznovrsnost gledišta ilustruje činjenicu da se sistemska biologija odnosi na klaster periferno preklapajućih koncepta umesto jednog jasno omeđenog polja.

Reference

↑ Bu Z, Callaway DJ (2011). „Proteins MOVE! Protein dynamics and long-range allostery in cell signaling”. Advances in Protein Chemistry and Structural Biology. Advances in Protein Chemistry and Structural Biology 83: 163–221. DOI:10.1016/B978-0-12-381262-9.00005-7. ISBN 978-0-123-81262-9. PMID 21570668.
↑ Snoep, Jacky L; Westerhoff, Hans V (2005). Alberghina, Lilia; Westerhoff, Hans V. ur. Systems Biology: Definitions and Perspectives. From isolation to integration, a systems biology approach for building the Silicon Cell. Topics in Current Genetics. 13. Berlin: Springer-Verlag. pp. 13–30. DOI:10.1007/b106456. ISBN 978-3-540-22968-1.
↑ „Systems Biology: the 21st Century Science”. Institute for Systems Biology. Arhivirano iz originala na datum 2011-06-10. Pristupljeno 15. 6. 2011.
↑ Sauer, Uwe; Heinemann, Matthias; Zamboni, Nicola (2007-04-27). „GENETICS: Getting Closer to the Whole Picture”. Science 316 (5824): 550–551. DOI:10.1126/science.1142502. PMID 17463274.
↑ Noble, Denis (2006). The music of life: Biology beyond the genome. Oxford: Oxford University Press. str. 176. ISBN 978-0-19-929573-9.
↑ Kholodenko, Boris N; Sauro, Herbert M (2005). Alberghina, Lilia; Westerhoff, Hans V. ur. Systems Biology: Definitions and Perspectives. Mechanistic and modular approaches to modeling and inference of cellular regulatory networks. Topics in Current Genetics. 13. Berlin: Springer-Verlag. pp. 357–451. DOI:10.1007/b136809. ISBN 978-3-540-22968-1.
↑ System biology of gene regulation.

Literatura

Asfar S. Azmi, ur. (2012). Systems Biology in Cancer Research and Drug Discovery. pp. 423. ISBN 978-94-007-4819-4.
Kitano, Hiroaki (2001). Foundations of Systems Biology. MIT Press. str. 320. ISBN 978-0-262-11266-6.
Werner, Eric (2007-03-29). „All systems go”. Nature 446 (7135): 493–494. Bibcode 2007Natur.446..493W. DOI:10.1038/446493a. provides a comparative review of three books:
Alon, Uri (2006). An Introduction to Systems Biology: Design Principles of Biological Circuits. Chapman & Hall. str. 301. ISBN 978-1-58488-642-6.
Kaneko, Kunihiko (2006). Life: An Introduction to Complex Systems Biology. Springer-Verlag. str. 371. ISBN 978-3-540-32666-3.
Palsson, Bernhard O (2006). Systems Biology: Properties of Reconstructed Networks. Cambridge University Press. str. 334. ISBN 978-0-521-85903-5.
Werner Dubitzky, Olaf Wolkenhauer, Hiroki Yokota, Kwan-Hyun Cho, ur. (2013). Encyclopedia of Systems Biology. Springer-Verlag. str. 2100. ISBN 978-1-4419-9864-4.