Sistem biologiyası

Sistem biologiyası — biologiya ilə kompleks sistem nəzəriyyəsinin qovuşduğu yerdə yaradılan, canlı sistemlərdəki mürəkkəb qarşılıqlı təsirlərin öyrənilməsinə yönəlmiş bir fənlərarası elmi istiqamət. Bu termin ilk dəfə 1993-cü ildə W. Zieglgänsberger və TR Tölle tərəfindən hazırlanmış bir məqalədə istifadə edilmişdir ^[1]. "Sistem biologiyası" termini 2000-ci ildən sonra geniş yayılmışdır.

Keçən əsrlərdə biologiya üçün ənənəvi olan reduksionizm əvəzinə XXI əsrin biologiyasında nəticələrin şərhinə yeni bir yanaşma formalaşdırır və belə bir yeni yanaşma hal-hazırda holizm və inteqralizm (ing. integrationism) terminləri ilə ifadə olunur^[2]. Sistem biologiyasında əsas diqqət ortaya çıxan xüsusiyyətlərə, yəni bioloji sistemlərin yalnız tərkib hissələrinin xüsusiyyətləri ilə izah edilə bilməyən xüsusiyyətlərinə verilir.

Sistem səviyyəsində (ing. insight) biologiyanı anlamaq həm fərdi hüceyrənin, həm də bütövlükdə orqanizmin quruluşunu, dinamikasını və funksiyalarını daha yaxşı başa düşməyə imkan verir, hüceyrənin və ya orqanizmin hissələri ayrı-ayrılıqda nəzərdən keçirildikdən daha çox^[2][3].

Sistem biologiyası riyazi biologiya ilə yaxından əlaqəlidir.

Mənaları

Sistem biologiyası aşağıdakı kimi başa düşülə bilər:

• Bioloji sistemlərin tərkib hissələri arasındakı qarşılıqlı əlaqələrin öyrənilməsinə və bu qarşılıqlı təsirlər nəticəsində funksiyaların meydana gəlməsi mexanizmlərinin və sistem xüsusiyyətlərinin araşdırılmasına yönəlmiş bir tədqiqat sahəsi (məsələn, metabolik sistemlərdə metabolitlər və fermentlərin qarşılıqlı təsiri).
• Mürəkkəb bioloji sistemlərin öyrənilməsində sözdə reduksiya paradiqmasına qarşı olan, lakin elmi idrak metodu ilə tam uyğun olan elmi paradiqma^[4][5].
• Bir sıra tədqiqat protokolları, yəni sistem haqqında fərziyyələr formalaşdırmaq üçün nəzəriyyə, analitik və ya kompüter modelləşdirməsindən ibarət bir sıra tədqiqatlar, eksperimental yoxlama və sonra kompüter modelini və ya nəzəriyyəsini yaxşılaşdırmaq üçün bir hüceyrəni və ya hüceyrə proseslərini təsvir etmək üçün əldə edilmiş məlumatlardan istifadə^[6]. Məqsəd qarşılıqlı əlaqələri kompleks bir sistemdə modelləşdirmək olduğundan, sistem biologiyasında tətbiq olunan eksperimental üsullar ən təfərrüatlı olmalıdır. Bu səbəbdən, model təsdiqlənməsi üçün transkriptomika, metabolomika, proteomika və ədədi məlumatların toplanması üçün digər yüksək performanslı texnologiyalardan istifadə olunur.
• Dinamik sistem nəzəriyyəsinin bioloji proseslərə tətbiqi.
• Fənlərarası metodlardan istifadə edərək müxtəlif eksperimental mənbələrdən əldə olunan bioloji sistemlərdəki qarşılıqlı təsirlərə dair kompleks məlumatları birləşdirmək istəyi kimi müəyyən edilən sosial-elmi fenomen.

Sistem biologiyası anlayışındakı fərq, bu konsepsiyanın qəti şəkildə müəyyən edilmiş bir istiqamətdən daha çox kəsişən anlayışlar məcmusuna istinad etməsi ilə izah olunur. Sistem biologiyasının məqsəd və metodlarını anlamaqda fərqli olmasına baxmayaraq, bu termin tədqiqatçılar tərəfindən dünyanın müxtəlif yerlərində və elmi idarələrin adlarının bir hissəsi kimi geniş istifadə olunur.

Tarixi

Sistem biologiyasının yaranması üçün ilkin şərtlər bunlardır:

• Enzimatik kinetikanın kəmiyyət modelləşdirilməsi - 1900-1970-ci illər arasında yaranan bir tendensiya,
• Əhali artımının riyazi modelləşdirilməsi,
• Neyrofiziologiyada modelləşdirmə,
• Dinamik sistem nəzəriyyəsi və kibernetika.
• Sinergetika

Sistem biologiyasının öncüsü, sistemlərin ümumi nəzəriyyəsinin yaradıcısı, 1950-ci ildə nəşr olunan "Fizika və biologiyada sistemlərin ümumi nəzəriyyəsi" kitabının müəllifi Lüdviq fon Bertalanfi sayıla bilər. Biologiyada ilk ədədi modellərdən biri, ingilis neyrofizyoloqları və Nobel mükafatçıları Alan Hockin və Fildinq Haksli tərəfindən 1952-ci ildə nəşr olunan modeldir. Müəlliflər, hərəkət potensialının neyron aksonu boyunca yayılmasını izah etmək üçün riyazi bir model yaratdılar ^[7]. Onların modeli potensial yayılma mexanizmini iki fərqli molekulyar komponent arasında qarşılıqlı təsir kimi təsvir etmişdir: hesablama sistemləri biologiyasının başlanğıcı kimi qəbul edilə bilən kalium və sodyum kanalları^[8]. 1960-cı ildə Denis Nobl, Hockin və Haksli modelinə əsaslanan ürək ürək ritminin ilk kompüter modelini yaratdı^[9].

Sistem biologiyasının eksperimental metodları

Yaradılan modelləri yoxlamaq üçün sistem biologiyası həm fərdi komponentləri, həm də sistemi bütövlükdə təsvir edən müxtəlif növ eksperimental məlumatlarla işləyir. Çox vaxt biologiyanın digər sahələrində: biokimya, biofizika və molekulyar biologiyada əldə edilən məlumatlar hipotez və nəticələrin formalaşdırılması üçün ilkin məlumat kimi istifadə olunur. Bununla birlikdə sistem biologiyası ilə güclü şəkildə əlaqəli bir sıra xüsusi metodlar mövcuddur. Bu metodlar çox sayda eksperimental ölçmə ilə yanaşı, bir çox xüsusiyyətlərin eyni vaxtda aşkarlanması ilə xarakterizə olunur ki, bu da avtomatlaşdırılmış axın təcrübə texnikasının meydana gəlməsi ilə mümkün oldu.

Bu cür metodlara aşağıdakılar daxildir:

• Genomika: Eyni orqanizmin müxtəlif hüceyrələrində dəyişkənliyin öyrənilməsi də daxil olmaqla yüksək ötürücülü DNT sıralaması üsulları.
• Epigenomik / Epigenetika: DNT-də kodlanmamış transkripsiya faktorlarının öyrənilməsi (DNT metilasyonu və s.).
• Transkriptomiklər: DNT mikro şüaları və digər metodlardan istifadə edərək gen ekspresiyasının ölçülməsi.
• İnterferomika: transkripsiya olunan RNT-nin qarşılıqlı təsirinin ölçülməsi.
• Proteomik / Translatomik: 2D jel elektroforezi, kütlə spektrometriyası və ya çox ölçülü protein ölçmə üsullarından istifadə edərək zülalların və ya peptidlərin səviyyəsini ölçün.
• Metabolomika: sözdə kiçik molekulların, metabolitlərin konsentrasiyasını ölçmək.
• Glikomiklər: Karbohidrat səviyyələrinin ölçülməsi.
• Lipidomiklər: lipid səviyyələrinin ölçülməsi.

Molekulların səviyyəsini ölçmək üçün təqdim olunan metodlara əlavə olaraq, xüsusiyyətlərin dinamikasını və komponentlər arasındakı qarşılıqlı əlaqəni ölçməyə imkan verən daha mükəmməl metodlar da mövcuddur:

• İnteraktomika: molekullar arasındakı qarşılıqlı təsirlərin ölçülməsi (məsələn, protein-protein qarşılıqlı təsirlərinin ölçülməsi: PPI).
• Flaksomika: zamanla axınların və konsentrasiyaların dinamikasının ölçülməsi (ümumiyyətlə metabolitlər).
• Biyomika: Biyom Sistemlərinin Təhlili

Sadalanan texnikaların çoxu hal-hazırda həm ölçmələrin dəqiqliyini və məlumat məzmununun artırılması istiqamətində, həm də əldə edilmiş məlumatların ədədi işlənməsi metodlarında fəal şəkildə inkişaf edir.

İstinadlar

1. [https://web.archive.org/web/20160601054428/https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/8219729 Arxivləşdirilib 2016-06-01 at the Wayback Machine The pharmacology of pain signalling. [Curr Opin Neurobiol. 1993] — PubMed result]
2. Peter Kohl, Denis Noble, Raimond L. Winslow & Peter J. Hunter. Computational modelling of biological systems: tools and visions. 358 (Phil. Trans. R. Soc. Lond. A). 2000. 579–610.
3. Hiroaki Kitano. Systems Biology: A Brief Overview. 295 (Science). 2002. 1662–1664.
4. Sauer, U.; və b. Getting Closer to the Whole Picture. 316 (Science). 2007. 550.
5. Denis Noble. The Music of Life: Biology beyond the genome. Oxford University Press. 2006. ISBN 978-0199295739. p21
6. Kholodenko B.N., Bruggeman F.J., Sauro H.M. Mechanistic and modular approaches to modeling and inference of cellular regulatory networks // Systems Biology: Definitions and Perspectives. Springer-Verlag. 2005. səh. 143.
7. Hodgkin A. L., Huxley A. F. A quantitative description of membrane current and its application to conduction and excitation in nerve. 117 (The Journal of Physiology). 1952. 500–544.
8. Le Novere; Le Novere, N. The long journey to a Systems Biology of neuronal function. 1 (BMC Systems Biology). 2007. 28.
9. Noble D. Cardiac action and pacemaker potentials based on the Hodgkin-Huxley equations. 188 (Nature). 1960. 495–497.