Biologia systemowa

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj

Biologia systemowa – dziedzina nauki zajmująca się systemami biologicznymi, takimi jak sieci interakcji białek lub sieci ścieżek metabolicznych. Stosuje narzędzia matematyczne, głównie z dziedziny teorii grafów, do badania cech systemów, analizowania właściwości ich komponentów i ich wpływu na działanie całej sieci, oraz modelowania systemów. Łączy informacje zdobywane przez dziedziny nauki takie jak: genomika, transkryptomika, proteomika i metabolomika[1].

Sieci biologiczne[edytuj | edytuj kod]

Interakcje białek[edytuj | edytuj kod]

Jednym z podstawowych rodzajów sieci są sieci przedstawiające interakcje między białkami, które zachodzą w organizmie. Podstawowymi metodami odkrywania interakcji białko-białko są Tandemowa Chromatografia Powinowactwa (ang. Tandem Affinity Purification, TAP)[2], drożdżowy system dwuhybrydowy i metody nazywanej w języku angielskim "protein–fragment complementation assay" (PCA)[3][4]. Sieć wszystkich interakcji białek potencjalnie kodowanych przez dany genom nazywamy interaktomem[5][6]. Popularną bazą danych interakcji białkowych jest baza String.

Interakcje genetyczne[edytuj | edytuj kod]

Mówi się, że między genami A i B zachodzi interakcja, jeśli fenotyp mutanta podwójnego AB nie jest złożeniem fenotypów mutantów A i B. Przeważnie oznacza to, że produkty tych genów należą do tego samego szlaku, w związku z czym uszkodzenie jednego z nich może wpływać na działanie drugiego. Interakcje genetyczne dzielimy na łagodzące i pogarszające. Interakcja łagodząca oznacza, że fentoyp mutanta podwójnego jest lżejszy niż przewidywany sumaryczny fenotyp mutantów pojedynczych; sytuacja taka może przykładowo zachodzić, kiedy geny leżą w tym samym szlaku, jeden wyżej od drugiego, i mutacja genu leżącego wyżej całkowicie unieruchamia szlak, w związku z czym mutacja drugiego w niczym nie zmienia fenotypu mutanta. Interakcja pogarszająca, zwana też syntetyczną, oznacza, że fenotyp mutanta podwójnego jest cięższy niż sumaryczny fenotyp mutantów pojedynczych; może się tak zdarzyć, kiedy np. brak produktu genu A może być rekompensowany produktem genu B i odwrotnie, ale uszkodzenie ich obu sprawia, że cały szlak zostaje uszkodzony. Interakcje genetyczne bada się przeważnie badając fenotypy pojedynczych i podwójnych mutantów. Analiza sieci interakcji genetycznych umożliwia m.in. wnioskowanie o funkcji genu na podstawie funkcji genów, z którymi wchodzi w interakcje[7].

Sieci metaboliczne[edytuj | edytuj kod]

Sieci metaboliczne składają się ze szlaków metabolicznych; ilustrują kolejne reakcje, którym poddawane są metabolity i podają katalizujące je enzymy. Popularną bazą danych zawierającą m.in. sieci metaboliczne jest KEGG.

Zastosowania[edytuj | edytuj kod]

Biologia systemów znajduje wiele zastosowań we współczesnej nauce. Umożliwia poznawanie funkcji genów poprzez analizę genów, z którymi wchodzą w interakcje. Pozwala na analizowanie wpływu pojedynczego komponentu sieci na całą sieć - dzięki temu możemy wnioskować, jaki wpływ będzie miała mutacja pojedynczego genu na zachowanie całej komórki albo na jakie szlaki metaboliczne wpłynie uszkodzenie danego białka (np. podczas choroby lub w ramach opracowywanej terapii). Potencjalnie stwarza dodatkowe możliwości dla medycyny - analizując sieci możemy dowiedzieć się, jakie kompotenty są kluczowe w ich działaniu, i w związku z tym działanie których jest niezbędne dla przywrócenia poprawnego funkcjonowania uszkodzonym systemom[8].

Przypisy[edytuj | edytuj kod]

  1. Hiroaki Kitano. Systems Biology: A Brief Overview. „Science”. Vol. 295 no. 5560, s. 1662-1664, 2002-03-01. 
  2. Guillaume Rigaut, Anna Shevchenko, Berthold Rutz, Matthias Wilm i inni. A generic protein purification method for protein complex characterization and proteome exploration. „Nature Biotechnology”. 17 (10), s. 1030–1032, 1 października 1999. DOI: doi:10.1038/13732 (ang.). 
  3. Joelle N. Pelletier, Ingrid Remy: Protein-Fragment Complementation Assays: A General Strategy for the in vivo Detection of Protein-Protein Interactions (ang.). The Association of Biomolecular Resource Facilities, 20 styczeń 1998. [dostęp 2015-05-18].
  4. Ingrid Remy, F X Campbell-Valois, Stephen W Michnick. Detection of protein–protein interactions using a simple survival protein-fragment complementation assay based on the enzyme dihydrofolate reductase. „Nature Protocols”. 2 (9), s. 2120–2125, September 2007. DOI: doi:10.1038/nprot.2007.266 (ang.). 
  5. C. Sanchez, C. Lachaize, F. Janody, B. Bellon i inni. Grasping at molecular interactions and genetic networks in Drosophila melanogaster using FlyNets, an Internet database. „Nucleic Acids Research”. 27 (1), s. 89–94, 1 stycznia 1999. DOI: 10.1093/nar/27.1.89. PMID: 9847149. PMCID: PMC148104 (ang.). 
  6. P. Mackiewicz, J. Zakrzewska-Czerwińska. Genomika – dziedzina wiedzy XXI wieku. „Kwartalnik "Biotechnologia"”. 3, s. 18, 2005. [dostęp 2015-05-18]. 
  7. Interakcje genetyczne. Instytut Genetyki i Biotechnologii UW. [dostęp 2015-05-18].
  8. Leroy Hood, James R. Heath, Michael E. Phelps, Biaoyang Lin. Systems Biology and New Technologies Enable Predictive and Preventative Medicine. „Science”. Vol. 306 no. 5696, s. 640-643, 2004-10-22.