Sistēmu bioloģija

Dažu pēdējo gadu laikā bioloģijā ir bijis informācijas sprādziens. Cilvēka genoma kartēšana sniedza biologiem nepieredzētu informāciju par aptuveni 30 000 līdz 40 000 gēnu. Tiek veikti arī centieni, lai identificētu tūkstošiem un, iespējams, miljoniem proteīnu, ko kodē šie gēni. Pētnieki tagad veic nākamo loģisko soli visu šo datu integrēšanā: sistēmu bioloģiju.

Mērķis ir izprast ne tikai atsevišķu gēnu, olbaltumvielu un mazāku molekulu, piemēram, hormonu, funkcijas, bet arī uzzināt, kā visas šīs molekulas mijiedarbojas, piemēram, šūnā. Biologi cer izmantot šo informāciju, lai radītu precīzākus datormodeļus, kas palīdzēs atklāt cilvēka fizioloģijas sarežģītību un slimību pamatā esošos mehānismus. Lielākais ieguvums: ātrāka efektīvāku zāļu izstrāde. Tas patiešām paver pilnīgi jaunu pasauli, jaunu veidu, kā rīkoties, saka Arams Adourians, progresīvo tehnoloģiju direktors uzņēmumā Beyond Genomics, sistēmu bioloģijas starta uzņēmums Waltham, MA.

Šis stāsts bija daļa no mūsu 2002. gada marta numura

• Skatiet pārējo izdevuma daļu
• Abonēt

Dažas akadēmiskās grupas, biotehnoloģiju uzņēmumi un zāļu uzņēmumi izmanto šo jauno pieeju (skatīt tabulu) . Paredzēts, ka farmācijas ražotājs Eli Lilly šopavasar Singapūrā atklās savu jauno Sistēmbioloģijas centru. Centrs nākamo piecu gadu laikā plāno tērēt 140 miljonus ASV dolāru, lai izstrādātu efektīvākas zāles, izmantojot sistēmisku pieeju. Sietlā biotehnoloģiju pionieris Lerojs Huds nesen nodibināja Sistēmu bioloģijas institūtu (skatiet Zem bioloģijas pārsega, BĒRNI 2001. gada septembris) ar mērķi labāk izprast sarežģītas sistēmas, piemēram, imūnsistēmu, kā arī tādas slimības kā vēzis. Uzņēmums Beyond Genomics izmanto sistēmu bioloģiju, lai noteiktu labākus molekulāros mērķus sirds slimību zālēm, un sadarbojas ar Dublinas, Īrijas zāļu uzņēmumu Elan, lai izstrādātu jaunas Alcheimera terapijas.

Tradicionāli zāļu pētnieki var identificēt gēnu, kas ir ieslēgts vai izslēgts slimiem pacientiem, un pēc tam izstrādāt zāles, kas regulē šo gēnu vai proteīnu, ko tas kodē. Taču daudzas slimības ir saistītas ar vairākiem dažādiem gēniem un olbaltumvielām, kas visi mijiedarbojas savā starpā unikālā veidā. Sistēmu bioloģija, pārbaudot šīs sarežģītās mijiedarbības, varētu vairāk noskaidrot, kā slimības maina šūnu procesus. Tas varētu palīdzēt pētniekiem efektīvāk izprast būtiskos gēnus vai olbaltumvielas, kas izraisa slimības un tādējādi ir galvenais mērķis jaunām terapijām. Pētnieki varētu arī pielāgot savus modeļus, lai precīzāk simulētu potenciālās zāles ietekmi pirms to testēšanas ar cilvēkiem, tādējādi ietaupot uzņēmumiem miljoniem dolāru.

Sistēmu bioloģija tikai nesen ir kļuvusi iespējama, izstrādājot virkni jaunu laboratorijas rīku, sākot no sarežģītām olbaltumvielu identifikācijas metodēm līdz datu ieguves programmatūrai, kas ļauj pētniekiem apstrādāt milzīgus datu apjomus. Piemēram, Beyond Genomics savāc paraugus, piemēram, asinis, audus vai smadzeņu šķidrumu, un pēc tam izmanto vairākus jaunizveidotus analītiskos rīkus, lai identificētu galvenos gēnus, olbaltumvielas un mazākas molekulas, kas veseliem un slimiem pacientiem uzvedas atšķirīgi. Un tā vietā, lai identificētu visus molekulu veidus paraugā — tas būtu biedējošs uzdevums, saka Adourian, — uzņēmums ņem vērā tikai tās, kuras, šķiet, ir saistītas ar slimībām.

Pēc tam jaunie dati tiek apvienoti ar informāciju no publiskām datu bāzēm un ievadīti datorā, kas kartē iespējamo mijiedarbību starp molekulām. Tas ļauj uzņēmumam dažu nedēļu laikā pamanīt molekulas, kas, iespējams, ir labs mērķis jaunām zālēm, atšķirībā no tradicionālajām metodēm.

Pat viena šūna ir ārkārtīgi sarežģīta sistēma, kas piepildīta ar tūkstošiem molekulu, kuras pētniekiem vēl nav jāidentificē. Un varētu paiet vairāk nekā desmit gadi, pirms sistēmu bioloģija spēs izveidot precīzu visu šo mijiedarbīgo elementu modeli šūnā. Tomēr, pieejai attīstoties un gēnu, proteīnu un citu faktoru datubāzēm turpina augt, pētnieki tuvosies šim mērķim, un pat daļēja izpratne varētu ievērojami palīdzēt zāļu atklāšanas procesā. Es domāju, ka biotehnoloģijā ir diezgan aizraujošas iespējas uzņēmumiem, kas pareizi uzņemas sistēmu bioloģiju, saka Huds, atzīstot tehniskās problēmas, kas raksturīgas šim daudzpusīgajam pētījumam.

Galu galā pētnieki vēlētos aplūkot sistēmas, kas ir vēl sarežģītākas nekā šūna. Dažu dienu sistēmu bioloģija varētu dot iespēju modelēt orgānu, piemēram, sirdi, un galu galā visu organismu. Tad termins holistiskā dziedināšana iegūtu pilnīgi jaunu nozīmi.

Lielā bilde
Uzņēmumi, kas izmanto sistēmu bioloģiju

Institūts/uzņēmums Atrašanās vieta Fokuss Sistēmu bioloģijas institūts Sietla, Vašingtona Izprotiet cilvēka fizioloģiju un slimības ārpus genomikas Waltham, MA Nosakiet jaunus narkotiku mērķus Lilly Center for Systems Biology Singapūra Izstrādājiet jaunas zāles SurroMed Mountain View, CA Iegūstiet vairākus bioloģiskos datus jauniem zāļu mērķiem Alliance for Cellular Signaling Dallas, TX Kartē visas mijiedarbības starp olbaltumvielām šūnā

paslēpties