Proteome Science, 2005; 3: 8-8 (más artículos en esta revista)

Sistemas de la biología molecular en la encrucijada: para saber más acerca de menos, o saber más acerca de menos?

BioMed Central
Martin Latterich (martin.latterich @ mcgill.ca) [1]
[1] Departamento de Anatomía y Biología Celular, Universidad de McGill, Montreal, Quebec, H3A 2B2, Canadá

Este es un artículo de acceso abierto distribuido bajo los términos de la licencia Creative Commons License (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0], que permite el uso irrestricto, la distribución y reproducción en cualquier medio, siempre que la obra original sea debidamente citada.

Resumen

Biología de sistemas es una disciplina en rápida evolución, que se esfuerza por comprender el funcionamiento detallado coordinado de los organismos de todo, con el objetivo final de detectar las diferencias entre la salud y la enfermedad, o para entender cómo las células o los organismos reaccionan con el medio ambiente. La editorial ofrece una evaluación crítica de lo que los sistemas de análisis molecular puede y no puede cumplir con las metodologías existentes, y la manera en la biología de sistemas necesita fusionarse con el reduccionismo a dar una visión más general y mecánica perspicaz modelo de una célula o de organismo.

Editorial

Los últimos pocos años se ha observado un interés creciente en la definición y establecimiento de la nueva disciplina de la biología de sistemas. Si bien es difícil definir claramente esa rápida evolución de la disciplina, característica cada vez más evidente son las tendencias que permiten una definición de lo que la biología de sistemas para cumplir con los planes. Sistema esfuerzos para comprender la biología de la detallada labor coordinada de todo el organismos, con el objetivo final de detectar las diferencias entre la salud y la enfermedad, o para entender cómo las células o los organismos reaccionan con el medio ambiente. Su objetivo final es entender la dinámica de la regulación y las redes de interacciones que permite que las células y los organismos que viven en un entorno altamente interactivo, y para entender cómo las perturbaciones en el sistema causa la enfermedad.

Biología de sistemas ha sido habilitada por los últimos avances de la multidisciplinaria de las disciplinas científicas que permitan la paralela en gran escala de medición de biomoléculas, como el ARNm, proteínas y metabolitos. La comprensión de la fisiología detallada de las células, tejidos y organismos toda la ofrecida por este enfoque conduzca a un entendimiento más amplio de los eventos de base celular y su coordinación. Este amplio enfoque de investigación representa un importante cambio de paradigma científico, y con el tiempo se tienen claramente un efecto importante en el análisis científico de cómo se llevará a cabo.

Los críticos de la biología de sistemas están listos para señalar que "micos" enfoques no son un sustituto de la hipótesis de la investigación, porque un análisis de sistemas no proporciona una hipótesis comprobables, pero se parece más una "expedición de pesca", dando información de minable Un colectivo de las moléculas. Sin embargo, este punto de vista no hace la disciplina de la justicia, debido a los enfoques de investigación a gran escala pueden ser hipótesis impulsada. Por ejemplo, uno puede forma más global las hipótesis tales como una línea celular o de tejidos cambios de la expresión de la proteína y los patrones de modificación en respuesta a un estímulo de drogas, y que estos cambios están causalmente relacionados con un tóxico respuesta a la droga. Uso integrado de herramientas moleculares, estos cambios pueden ser medidos y comparados con un adecuado control experimental. Cluster y análisis de correlación de estos datos entonces fácilmente describir la dinámica de los cambios moleculares en respuesta a una perturbación del sistema, en este caso un problema de drogas. Tomarse a la ligera, este colectivo información proporcionará al investigador con una fundación para crear una mejor informados hipótesis. Esto acelera el proceso de descubrimiento de la secuencia, evitando prueba y error que a menudo enfoque clásico de la peste experimentación.

Sin embargo, el peligro inherente de los sistemas actuales enfoques radica en la tentación a más de interpretar los datos y las predicciones acerca de los mecanismos de concluir sobre la base de correlaciones no ha sido probada experimentalmente. Por ejemplo, si bien es fácil hacer predicciones vía mediante la combinación de los cambios dinámicos en el componente celular de concentración con el conocimiento previo acerca de algunas (pero no todas) de las proteínas, es imposible obtener información mecanicista de estos datos, ya que las correlaciones por sí sola no puede considerarse prueba científica De los mecanismos. Además, no todas las correlaciones son causalmente responsables de la fenotipo celular o de un organismo y puede ocurrir fortuitamente.

La verdadera cuestión es lo que queremos lograr en la investigación biomédica moderna. ¿Queremos entender más acerca de menos, la biología de sistemas utilizando un enfoque para comprender las redes mundiales, a expensas de mecanicista detalle, o si vamos en la comprensión más sobre menos, reduccionista utilizando los enfoques encaminados a la comprensión mecanicista detalles de los mecanismos moleculares a expensas De análisis global. Ambos enfoques tienen claramente sus fortalezas y limitaciones, en función de lo biológico cuestión debe ser respondida. Sin embargo, para comprender completamente el funcionamiento de un sistema biológico en detalle, ambos enfoques deben combinarse, ya que aportan datos complementarios. El problema real es que los enfoques de alto rendimiento, tales como el análisis de la expresión genética, la proteómica (la cuantificación e identificación de las proteínas y sus modificaciones), y la metabolómica (la cuantificación de los metabolitos) proporcionan sólo una parte del panorama celular, es decir, el colectivo de las moléculas En una celda. Al comparar los cambios en la dinámica molecular entre los diferentes colectivos de las condiciones ambientales o experimentales, correlaciones hecho evidente que permitan la generación de genética molecular o redes de interdependencia. Si bien esta información puede aportar grandes ideas sobre la manera en genéticos y proteómicos programas son moduladas, la información por sí sola no proporciona ninguna mecanicista detalles de cómo estas moléculas de catalizar las reacciones químicas. Esta última sólo puede obtenerse a través de enfoques reduccionistas, por ejemplo, mediante el análisis estructural y funcional de las proteínas y la reconstitución de los procesos biológicos in vitro, lo que puede demostrar científicamente la función y el mecanismo. El conocimiento sobre el tejido específico y localización subcelular de proteínas, junto con la información cuantitativa acerca de la abundancia local o celular, añadiremos más detalle que permite que la interpretación y evaluación de los mecanismos que están localizados y que si un determinado mecanismo es probable que sea significativo para un proceso particular.

Los datos experimentales de sistema de análisis de los enfoques reduccionistas y todos tienen diferentes formatos. Por ejemplo, la interacción de proteínas mapas vectoriales son diferentes de reacción cinética gráficos. El reto fundamental en la biología de sistemas moleculares, por lo tanto, es la forma de integrar los datos de alto rendimiento con los análisis cinéticos y mecanísticos datos obtenidos a través de reduccionismo, que es necesario para la descripción detallada y la elaboración de modelos de células y organismos. El reto no es sólo un técnico. El verdadero desafío radica en la forma de integrar ambos campos de forma complementaria, y la forma de obtener conocimiento a partir de los conjuntos de datos de muy diferentes disciplinas de forma significativa. Esto último traerá nuevos problemas a lo largo de la bioinformática a la comunidad que en última instancia, cambiar de enfoque y pasar de la minería de datos pura enfoques a los enfoques que incorporan la adquisición de conocimientos y determinar las relaciones de causa-efecto entre las vías y las moléculas. Esta experimental de la integración es más difícil, dadas las muy diferentes estrategias adoptadas por ambas disciplinas. Por el momento, los enfoques de alto rendimiento que producen una imagen más global de la dinámica celular, que en muchos casos puede aportar pistas sobre la vía o moléculas que centrarse en la investigación para más reduccionista.

A menudo, la biología de sistemas se considera como la "próxima tendencia" después de que el proyecto del genoma, lo que sugiere que se aplica el conocimiento que contiene el código genético de un organismo de fisiología. Esta declaración implica que podría ser lo más directas secuenciación del genoma para describir un sistema. Mientras que el genoma contiene el plan de los organismos y de un programa de manera de desarrollar adecuadamente en una, la descripción del desarrollo y el medio ambiente tiene muchos programas que respondan más dimensiones y nos obliga a entender la dinámica de cómo los colectivos de moléculas en una célula y el organismo Interactúan y en qué concentraciones están presentes en lo específico de localización. Esto trae problemas de la forma de dotar a las mediciones para adquirir los datos necesarios, la forma de almacenar estos datos y el mío, y por último la forma de obtener de manera eficiente visión mecanicista. El desafío de describir y modelo detallado en la escala de los sistemas parece ser insuperable desde la perspectiva técnica en este momento. Sin embargo, es útil recordar que, cuando el proyecto del genoma humano en primer lugar, se propuso, muchos escépticos dudaron de que sería técnicamente viable y reunir una secuencia de genoma tan complejo. Con el tiempo y los recursos gastados, la próxima década o dos, sin duda, importantes avances en la modelización de sistemas complejos, así como en la creación de tecnologías más maduras para detectar, cuantificar y analizar funcionalmente celular y organismal mandantes. Mirando aún más hacia el futuro, puede ser posible extender el análisis de sistemas a las personas, por lo tanto, describir y predecir tal vez la forma en que un individuo puede reaccionar ante el medio ambiente ni para los medicamentos, la última de las cuales es crucial para el desarrollo de la medicina personalizada. Los individuos pueden responder a un determinado régimen de tratamiento de drogas de diferentes maneras, debido a su diferente estructura genética de además de haber experimentado diferentes entornos que pueden moneda diferente fisiología. Por lo tanto, es imprescindible para medir la fisiología molecular antes e inmediatamente después de la exposición a las drogas vínculo dinámico de los cambios en la composición molecular de los resultados terapéuticos, o que de la enfermedad. Encontrar firmas moleculares o reales biomarcador que son predictivos de la enfermedad o el resultado del tratamiento es un primer paso en esa dirección, donde un individuo de análisis de sistemas en última instancia, ayudar al proveedor de cuidado de personalizar un régimen de tratamiento.

Conflicto de intereses

Los autores declaran que no tienen intereses en conflicto.

Contribuciones de los autores

ML 100% contribuido a la editorial Comentario.

Agradecimientos

ML desea reconocer el apoyo generoso de los CIHR, TPI, Genoma Canadá y Genoma Quebec para la financiación de la investigación en su laboratorio. ML tiene un Tier I Cátedra de investigación de Canadá.