matematika + biologija sistemska biologija?conferences.nib.si/sysbio2014/gruden_belic... · >...
TRANSCRIPT
matematika + biologija
=
sistemska biologija?
Prof. Dr. Kristina Gruden
Prof. Dr. Aleš Belič
Doc. DDr. Jure Ačimovič
Kaj je sistemska biologija?
> Razumevanje delovanja organizmov
> celostno razumevanje iz osnov delovanja
molekularnih mehanizmov
sistemska biologija = fiziologija ?
Molekularna biologija
Sistemska biologija
1. Poznavanje vseh komponent celice:
Sistemska biologija - potrebujemo:
Človek:
DNA: 30.000 genov
RNA: 100.000 transkriptov
Proteini: 300.000, encimi,…
Metaboliti: maščobe, sladkorji, holesterol
2. Poznavanje vseh povezav med
komponentami:
Sistemska biologija - potrebujemo:
2. Poznavanje dinamike povezav
Sistemska biologija - potrebujemo:
Encimska reakcija:
Encimska reakcija:
Encimska reakcija:
Encimska reakcija:
Encimska reakcija:
Encimska reakcija:
Encimska reakcija: Objekti modela
Encimska reakcija: Parametri modela
Matematičen opis modela
Ali biolog zna popravit radio?
Standarden biološki pristop
Lazebnik Y. (2002). Can a biologist fix a radio?—Or, what I learned while studying apoptosis, Cancer Cell, 2 (3) 179-182.
Odločilna komponenta?
Ali biolog zna popravit radio?
Inženirski pristop
Lazebnik Y. (2002). Can a biologist fix a radio?—Or, what I learned while studying apoptosis, Cancer Cell, 2 (3) 179-182.
Genska aktivnost Genomi
Povezovanje med proteini
Pretvorbe
metabolitov
Visoko zmogljive molekularne tehnike:
Osnovnim pogojem za sistemsko biologijo zadoščeno:
1. Poznavanje vseh komponent: merjenje količin
2. Poznavanje njihovih povezav
3. Poznavanje dinamike povezav
>Ogromne količine podatkov: Bigdata!
Poskus 14 dni: 6 milijonov podatkov
Visoko zmogljive molekularne tehnike:
Man
dad
i & Sch
olth
of, P
lantC
ell 20
13
Razumevanje bioloških sistemov?
Integracija:
- Molekularne biologije – omike
- Fiziologije
- Matematike
- Računalništva
- Inžinirstva
Sistemska biologija
Kako naj se torej lotimo popravila radia?
... počasi in s premislekom
Najprej potrebujemo jasen koncept, kako stvar deluje ...
Koncepti sistemske biologije ... ali kako obdržati sistemski pregled pri visoki kompleksnosti
Najprej moramo definirati cilj raziskave!
Glede na cilj je potrebno definirati meje sistema
Za tako definiran sistem lahko postavimo
matematični model
Matematični model čim bolj poenostavimo
Na osnovi simulacije modela izvemo nekaj
novega o delovanju sistema
Ravnovesje kot osnova modela
SISTEM
pritok veličine X iztok veličine X
območje ravnovesja
X =
masa energija moment entropija elementi naboji
Različna ravnovesja
dinamično ravnovesje
ravnovesje v ustaljenem stanju
Model nikoli ne opisuje vsega!
Model metabolizma holesterola Vprašanje: Kakšen je vpliv blokade cyp51?
Model metabolizma holesterola ... izvedba in poenostavitve
Pomen strukture modela
Struktura modela (topologija omrežja reakcij) je
velikokrat bolj pomembna od vrednosti
parametrov!
Prvi model celega organizma
Mycoplasma genitalium – urogenitalni parazit, le 525 genov
Virtualni človek
Sistemska Biologija v Evropi
Sistemska Biologija v Evropi
Sistemska Biologija v Evropi
UK ̴91 mili. €
NL ̴43 mili. €
D ̴435 mili. €
Izobraževanje Sistemske biologije (SB)
• Nemčija
• Nemško zvezno ministrstvo za izobraževanje in
raziskave (BMBF)
• 2006 BMBF razpis za "FORSYS - raziskovalne
enote za sistemsko biologijo “ (45 mili. €)
• Razvoj SB: univerze, raziskovalne ustanove,
podjetja
• Novi izobraževalni programi SB na dodiplomskem
in podiplomskem nivoju
• Velika Britanija
• Tri agencije:
• Biotechnology and Biological Research Council
(BBSRC),
• Medical Research Council (MRC),
• Engineering and Physical Sciences Research
Council (EPSRC))
• Tečaj SysMIC
• University College London, Open University,
Birkbeck College in University of Edinburgh
• Podprt s strani BBSRC
Izobraževanje Sistemske biologije (SB)
SysMIC
• Namenjen je raziskovalcem vseh ravni: od
diplomantov, ki šele začenjajo s svojo kariero, do
že uveljavljenih raziskovalcev, ki želijo izboljšati
svoje znanje.
• Tečaj zajema potrebne osnove matematike in ne
zahteva predznanja s področja računalniškega
modeliranja.
• in je brezplačen za raziskovalce, ki jih financira
BBSRC
• 5 letni projekt, v 2 letih že dosegli cilj 2000
udeležencev