Systémová biologie, obor studia v biovědách, se zaměřuje na systematické studium komplexních interakcí v biologických systémech. Zejména od roku 2000 je tento termín široce používán v biovědách a v různých kontextech.
Biologii systémů lze posuzovat z několika různých hledisek:
Tato různorodost úhlů pohledu je ilustrativní na skutečnosti, že systémová biologie odkazuje spíše na shluk periferně se překrývajících konceptů než na jeden dobře vymezený obor. Nicméně tento termín má od roku 2007 rozšířenou měnu a popularitu, židle a instituty systémové biologie se množí po celém světě.
Biologie systémů nachází své kořeny v:
Jedním z teoretiků, který může být považován za předchůdce systémové biologie, je Ludwig von Bertalanffy se svou obecnou systémovou teorií. Jednu z prvních numerických simulací v biologii publikovali v roce 1952 britští neurofyziologové a držitelé Nobelovy ceny Alan Lloyd Hodgkin a Andrew Fielding Huxley, kteří sestavili matematický model, který vysvětloval akční potenciál šířící se podél axonu neuronální buňky. Jejich model popisoval buněčnou funkci vznikající z interakce mezi dvěma různými molekulárními složkami, draslíkovým a sodíkovým kanálem, a proto může být považován za počátek biologie výpočetních systémů. V roce 1960 Denis Noble vyvinul první počítačový model srdečního kardiostimulátoru .
V šedesátých a sedmdesátých letech došlo k rozvoji několika přístupů ke studiu složitých molekulárních systémů, jako je Metabolická řídicí analýza a teorie biochemických systémů. Úspěchy molekulární biologie v osmdesátých letech spolu se skepsí vůči teoretické biologii, která tehdy slibovala více, než dosáhla, způsobily, že kvantitativní modelování biologických procesů se stalo poněkud podružným oborem.
Nicméně zrod funkční genomiky v 90. letech znamenal, že bylo k dispozici velké množství vysoce kvalitních dat, zatímco výpočetní výkon explodoval, což umožnilo realističtější modely. V roce 1997 skupina Masaru Tomita publikovala první kvantitativní model metabolismu celé (hypotetické) buňky.
Kolem roku 2000, kdy byly v Seattlu a Tokiu založeny Ústavy systémové biologie, vznikla systémová biologie jako hnutí samo o sobě, poháněné dokončováním různých genomových projektů, velkým nárůstem dat z omiky (např. genomika a proteomika) a s tím souvisejícím pokrokem ve vysoce výkonných experimentech a bioinformatice. Od té doby vznikly různé výzkumné ústavy zaměřené na systémovou biologii. Od léta 2006 vzniklo kvůli nedostatku lidí v systémové biologii v mnoha částech světa několik doktorských vzdělávacích středisek v systémové biologii.
Techniky spojené s biologií systémů
Výzkumy jsou často kombinovány s rozsáhlými perturbačními metodami, včetně genových (RNAi, chybná exprese divokých typů a mutantních genů) a chemických přístupů využívajících knihovny malých molekul. Roboti a automatizované senzory umožňují takové rozsáhlé experimenty a sběr dat. Tyto technologie se stále objevují a mnozí čelí problémům, že čím větší množství produkovaných dat, tím nižší kvalita. Široká škála kvantitativních vědců (výpočetní biologové, statistici, matematici, počítačoví vědci, inženýři a fyzici) pracuje na zlepšení kvality těchto přístupů a na vytvoření, zpřesnění a přezkoušení modelů tak, aby přesně odrážely pozorování.
Výzkumy jedné úrovně biologické organizace (například ty, které jsou uvedeny výše) jsou obvykle označovány jako Systematická systémová biologie. Další oblasti systémové biologie zahrnují Integrovanou systémovou biologii, která se snaží integrovat různé typy informací, aby pokročila v chápání biologického celku, a Dynamickou systémovou biologii, která si klade za cíl odhalit, jak se biologický celek mění v čase (během evoluce, například nástup nemoci nebo v reakci na poruchu). Funkční genomika může být také považována za dílčí oblast systémové biologie.
Systémový biologický přístup často zahrnuje vývoj mechanistických modelů, jako je rekonstrukce dynamických systémů z kvantitativních vlastností jejich elementárních stavebních bloků. Například buněčnou síť lze modelovat matematicky pomocí metod vycházejících z chemické kinetiky a teorie řízení. Vzhledem k velkému množství parametrů, proměnných a omezení v buněčných sítích se často používají numerické a výpočetní techniky. V systémové biologii se používají i další aspekty počítačové vědy a informatiky. Patří mezi ně nové formy výpočetního modelu, jako je používání procesního kalkulu k modelování biologických procesů, integrace informací z literatury, používání technik extrakce informací a dolování textu, vývoj on-line databází a úložišť pro sdílení dat a modelů (jako je databáze BioModels), přístupy k integraci databází a softwarové interoperabilitě prostřednictvím volného propojení softwaru, webových stránek a databází (jako je Gaggle ), a vývoj syntakticky a sémanticky správných způsobů reprezentace biologických modelů, jako je značkovací jazyk Systems Biology Markup Language.
Najít tuto stránku na Wiktionary:
Systems biology