Biologia systemów
Biologia systemów, biologia systemowa – dziedzina nauki zajmująca się systemami biologicznymi, takimi jak sieci interakcji białek lub sieci ścieżek metabolicznych. Stosuje narzędzia matematyczne, głównie z dziedziny teorii grafów, do badania cech systemów, analizowania właściwości ich komponentów i ich wpływu na działanie całej sieci, oraz modelowania systemów. Łączy informacje zdobywane przez dziedziny nauki takie jak: genomika, transkryptomika, proteomika, lipidomika i metabolomika.
Sieci biologiczne
Interakcje białek
Jednym z podstawowych rodzajów sieci są sieci przedstawiające interakcje między białkami, które zachodzą w organizmie. Podstawowymi metodami odkrywania interakcji białko-białko są Tandemowa Chromatografia Powinowactwa (ang. Tandem Affinity Purification, TAP), drożdżowy system dwuhybrydowy i metody nazywanej w języku angielskim "protein–fragment complementation assay" (PCA). Sieć wszystkich interakcji białek potencjalnie kodowanych przez dany genom nazywamy interaktomem. Popularną bazą danych interakcji białkowych jest baza String.
Interakcje genetyczne
Mówi się, że między genami A i B zachodzi interakcja, jeśli fenotyp mutanta podwójnego AB nie jest złożeniem fenotypów mutantów A i B. Przeważnie oznacza to, że produkty tych genów należą do tego samego szlaku, w związku z czym uszkodzenie jednego z nich może wpływać na działanie drugiego. Interakcje genetyczne dzielimy na łagodzące i pogarszające. Interakcja łagodząca oznacza, że fentoyp mutanta podwójnego jest lżejszy niż przewidywany sumaryczny fenotyp mutantów pojedynczych; sytuacja taka może przykładowo zachodzić, kiedy geny leżą w tym samym szlaku, jeden wyżej od drugiego, i mutacja genu leżącego wyżej całkowicie unieruchamia szlak, w związku z czym mutacja drugiego w niczym nie zmienia fenotypu mutanta. Interakcja pogarszająca, zwana też syntetyczną, oznacza, że fenotyp mutanta podwójnego jest cięższy niż sumaryczny fenotyp mutantów pojedynczych; może się tak zdarzyć, kiedy np. brak produktu genu A może być rekompensowany produktem genu B i odwrotnie, ale uszkodzenie ich obu sprawia, że cały szlak zostaje uszkodzony. Interakcje genetyczne bada się przeważnie badając fenotypy pojedynczych i podwójnych mutantów. Analiza sieci interakcji genetycznych umożliwia m.in. wnioskowanie o funkcji genu na podstawie funkcji genów, z którymi wchodzi w interakcje.
Sieci metaboliczne
Sieci metaboliczne składają się ze szlaków metabolicznych; ilustrują kolejne reakcje, którym poddawane są metabolity i podają katalizujące je enzymy. Popularną bazą danych zawierającą m.in. sieci metaboliczne jest KEGG.
Zastosowania
Biologia systemów znajduje wiele zastosowań we współczesnej nauce. Umożliwia poznawanie funkcji genów poprzez analizę genów, z którymi wchodzą w interakcje. Pozwala na analizowanie wpływu pojedynczego komponentu sieci na całą sieć - dzięki temu możemy wnioskować, jaki wpływ będzie miała mutacja pojedynczego genu na zachowanie całej komórki albo na jakie szlaki metaboliczne wpłynie uszkodzenie danego białka (np. podczas choroby lub w ramach opracowywanej terapii). Potencjalnie stwarza dodatkowe możliwości dla medycyny - analizując sieci możemy dowiedzieć się, jakie kompotenty są kluczowe w ich działaniu, i w związku z tym działanie których jest niezbędne dla przywrócenia poprawnego funkcjonowania uszkodzonym systemom.