Systembiologi

Under de senaste åren har det skett en explosion av information inom biologi. Kartläggningen av det mänskliga genomet gav biologer oöverträffade detaljer om cirka 30 000 till 40 000 gener. Ansträngningar pågår också för att identifiera de tusentals och potentiellt miljontals proteiner som kodas av dessa gener. Forskare följer nu nästa logiska steg för att integrera all denna data: systembiologi.

Målet är att förstå inte bara funktionerna hos individuella gener, proteiner och mindre molekyler som hormoner, utan att lära sig hur alla dessa molekyler interagerar inom, till exempel, en cell. Biologer hoppas kunna använda denna information för att generera mer exakta datormodeller som kommer att hjälpa till att reda ut komplexiteten i mänsklig fysiologi och de underliggande sjukdomsmekanismerna. Den största vinsten: snabbare utveckling av mer effektiva läkemedel. Det här öppnar verkligen upp en helt ny värld, ett nytt sätt att göra saker på, säger Aram Adourian, chef för avancerad teknologi på Beyond Genomics, en systembiologisk startup i Waltham, MA.

Den här historien var en del av vårt marsnummer 2002

• Se resten av frågan
• Prenumerera

En handfull akademiska grupper, bioteknikföretag och läkemedelsföretag anammar detta nya tillvägagångssätt (se bordet) . Läkemedelstillverkaren Eli Lilly är planerad att öppna sitt nya Center for Systems Biology i Singapore i vår. Centret planerar att spendera 140 miljoner dollar under de kommande fem åren för att utveckla effektivare läkemedel med hjälp av ett system. I Seattle har bioteknikpionjären Leroy Hood nyligen grundat Institute for Systems Biology (se Under Biology's Hood, BARN september 2001) med målet att bättre förstå komplexa system som immunsystemet, såväl som sjukdomar som cancer. Beyond Genomics använder systembiologi för att identifiera bättre molekylära mål för läkemedel mot hjärtsjukdomar och samarbetar med det Dublin, Irland-baserade läkemedelsföretaget Elan för att utveckla nya behandlingar för Alzheimers.

Traditionellt kan läkemedelsforskare identifiera en gen som slås på eller av hos sjuka patienter och sedan utveckla ett läkemedel som reglerar den genen eller proteinet den kodar för. Men många sjukdomar involverar ett antal olika gener och proteiner, som alla interagerar med varandra på unika sätt. Systembiologi, genom att undersöka dessa komplexa interaktioner, skulle kunna kasta mer ljus över hur sjukdomar förändrar cellulära processer. Detta kan hjälpa forskare att mer effektivt skärpa in de avgörande gener eller proteiner som orsakar sjukdom, och som därför är främsta mål för nya terapier. Forskare kan också justera sina modeller för att mer exakt simulera effekterna av ett potentiellt läkemedel innan de testar det på människor, vilket sparar företag miljontals dollar.

Systembiologi har först nyligen blivit genomförbar med utvecklingen av en rad nya labbverktyg, allt från sofistikerade proteinidentifieringsmetoder till datautvinningsprogramvara - som tillåter forskare att bearbeta enorma mängder data. Beyond Genomics samlar till exempel in prover som blod, vävnad eller hjärnvätska och använder sedan ett antal nyutvecklade analysverktyg för att identifiera huvudgener, proteiner och mindre molekyler som beter sig olika hos friska jämfört med sjuka patienter. Och snarare än att identifiera varje typ av molekyl i ett prov - Det skulle vara en skrämmande uppgift, säger Adourian - företaget nollar bara de som verkar vara inblandade i sjukdomar.

Den nya datan kombineras sedan med information från offentliga databaser och matas in i en dator som kartlägger möjliga interaktioner mellan molekylerna. Detta gör att företaget kan upptäcka molekyler som sannolikt kommer att bli bra mål för nya läkemedel inom några veckor, i motsats till de år som traditionella metoder kan ta.

Även en enda cell är ett extremt komplext system fyllt med tusentals molekyler som forskare ännu inte har identifierat. Och det kan ta mer än ett decennium innan systembiologi kan konstruera en exakt modell av alla dessa interagerande element i en cell. Men när tillvägagångssättet utvecklas, och eftersom databaser om gener, proteiner och andra faktorer fortsätter att växa, kommer forskare att närma sig det målet - och till och med en partiell förståelse kan i hög grad hjälpa läkemedelsupptäcktsprocessen. Jag tror att det finns ganska spännande möjligheter inom bioteknik för företag som tar sig an systembiologi på rätt sätt, säger Hood och erkänner de tekniska utmaningarna som ligger i denna mångfacetterade forskning.

Så småningom skulle forskare vilja titta på system som är ännu mer komplexa än cellen. En dag kanske systembiologi gör det möjligt att modellera ett organ, som ett hjärta, och i slutändan en hel organism. Då skulle termen holistisk healing få en helt ny innebörd.

Den stora bilden
Företag som utnyttjar systembiologi

Institutet/Företaget Plats Fokus Institute for Systems Biology Seattle, WA Förstå mänsklig fysiologi och sjukdom Beyond Genomics Waltham, MA Identifiera nya läkemedelsmål Lilly Center for Systembiologi Singapore Utveckla nya läkemedel SurroMed Mountain View, CA Mina flera biologiska data för nya läkemedelsmål Alliance for Cellular Signaling Dallas, TX Kartlägg alla interaktioner mellan proteiner i en cell

Dölj