Systembiologi

I løbet af de sidste par år har der været en eksplosion af information inden for biologi. Kortlægningen af ​​det menneskelige genom gav biologer hidtil usete detaljer om omkring 30.000 til 40.000 gener. Der er også bestræbelser på at identificere de tusinder og potentielt millioner af proteiner, der kodes af disse gener. Forskere forfølger nu det næste logiske skridt i at integrere alle disse data: systembiologi.

Målet er ikke kun at forstå funktionerne af individuelle gener, proteiner og mindre molekyler som hormoner, men at lære, hvordan alle disse molekyler interagerer inden for f.eks. en celle. Biologer håber derefter at bruge disse oplysninger til at generere mere nøjagtige computermodeller, der vil hjælpe med at optrevle kompleksiteten af ​​menneskelig fysiologi og de underliggende mekanismer af sygdom. Den største gevinst: hurtigere udvikling af mere effektive lægemidler. Dette åbner virkelig op for en helt ny verden, en ny måde at gøre tingene på, siger Aram Adourian, direktør for avancerede teknologier hos Beyond Genomics, en systembiologisk startup i Waltham, MA.

Denne historie var en del af vores marts 2002-udgave

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

En håndfuld akademiske grupper, biotekvirksomheder og lægemiddelvirksomheder tager denne nye tilgang til sig (se tabel) . Lægemiddelproducenten Eli Lilly skal efter planen åbne sit nye Center for Systembiologi i Singapore til foråret. Centret planlægger at bruge 140 millioner dollars over de næste fem år på at udvikle mere effektive lægemidler ved hjælp af en systemtilgang. I Seattle har biotekpioneren Leroy Hood for nylig grundlagt Institute for Systems Biology (se Under Biology's Hood, BØRN september 2001) med det formål bedre at forstå komplekse systemer som immunsystemet, såvel som sygdomme som kræft. Beyond Genomics bruger systembiologi til at identificere bedre molekylære mål for lægemidler til hjertesygdomme og samarbejder med det Dublin, Irland-baserede lægemiddelfirma Elan om at udvikle nye Alzheimers-terapier.

Traditionelt kan lægemiddelforskere identificere et gen, der er tændt eller slukket hos syge patienter og derefter udvikle et lægemiddel, der regulerer det gen eller det protein, det koder for. Men mange sygdomme involverer en række forskellige gener og proteiner, som alle interagerer med hinanden på unikke måder. Systembiologi kan ved at undersøge disse komplekse interaktioner kaste mere lys over, hvordan sygdomme ændrer cellulære processer. Dette kan hjælpe forskerne med at skærpe mere effektivt ind på de afgørende gener eller proteiner, der forårsager sygdom, og som derfor er primære mål for nye terapier. Forskere kunne også justere deres modeller for mere præcist at simulere virkningerne af et potentielt lægemiddel, før de testede det på mennesker, hvilket sparer virksomheder for millioner af dollars.

Systembiologi er først for nylig blevet mulig med udviklingen af ​​en række nye laboratorieværktøjer - lige fra sofistikerede proteinidentifikationsmetoder til data-mining-software - der giver forskere mulighed for at behandle enorme mængder data. Beyond Genomics indsamler for eksempel prøver som blod, væv eller hjernevæske og bruger derefter en række nyudviklede analytiske værktøjer til at identificere de vigtigste gener, proteiner og mindre molekyler, der opfører sig forskelligt hos raske versus syge patienter. Og i stedet for at identificere hver type molekyle i en prøve - det ville være en skræmmende opgave, siger Adourian - virksomheden sætter fokus på kun dem, der ser ud til at være involveret i sygdom.

De nye data kombineres derefter med information fra offentlige databaser og føres ind i en computer, der kortlægger de mulige interaktioner mellem molekylerne. Dette giver virksomheden mulighed for at spotte molekyler, der sandsynligvis vil være gode mål for nye lægemidler i løbet af få uger, i modsætning til de år, traditionelle metoder kan tage.

Selv en enkelt celle er et ekstremt komplekst system fyldt med tusindvis af molekyler, som forskerne endnu ikke har identificeret. Og der kan gå mere end et årti, før systembiologi er i stand til at konstruere en nøjagtig model af alle disse interagerende elementer i en celle. Men efterhånden som tilgangen udvikler sig, og som databaser om gener, proteiner og andre faktorer fortsætter med at vokse, vil forskerne rykke tættere på dette mål - og selv en delvis forståelse kan i høj grad hjælpe lægemiddelopdagelsesprocessen. Jeg synes, der er ret spændende muligheder inden for bioteknologi for virksomheder, der tager systembiologien rigtigt til sig, siger Hood og anerkender de tekniske udfordringer, der ligger i denne mangefacetterede forskning.

Til sidst vil forskerne gerne se på systemer, der er endnu mere komplekse end cellen. En dag kan systembiologi gøre det muligt at modellere et organ, som et hjerte, og i sidste ende en hel organisme. Så ville udtrykket holistisk healing få en helt ny betydning.

Det store billede
Virksomheder, der udnytter systembiologi

Institut/virksomhed Beliggenhed Fokus Institute for Systems Biology Seattle, WA Forstå menneskelig fysiologi og sygdom Beyond Genomics Waltham, MA Identificer nye lægemiddelmål Lilly Center for Systembiologi Singapore Udvikl nye lægemidler SurroMed Mountain View, CA Mine flere biologiske data for nye lægemiddelmål Alliance for Cellular Signaling Dallas, TX Kortlæg alle interaktioner mellem proteiner i en celle

skjule