Systems-Biology:-What-is-this-science?-What-are-its-complexities?-b-biotech-blog
1. مقدمة :
تعرفنا في سالف المقالات على الفرق بين البيولوجيا ألأساسية والتطبيقية وعلى البيولوجيا التركيبية . وفي هذه المقالة سنتعرف على بيولوجيا المنظومات (Systems Biology) وعلى تعقيداتها .
2. بيولوجيا المنظومات أو علم أحياء الأنظمة أو المنظومي (Systems Biology) :
بيولوجيا الأنظمة أخذت في الظهور ، من جذور
ثورات علم الأحياء الجزيئي وعلم الأحياء الجينومي والتي أدى تعاقبها بعلماء الطب
الحيوي ليدركوا أن النظم الحية لا يمكن دراستها فقط من حيث مكوناتها الميكانيكية
على المستوى الجزيئي، ولكن أيضًا من حيث العديد منها في وقت واحد.
ويعرفها Ideker وزملاؤه كما يلي: "علم الأحياء الأنظمة لا يقوم بالتحقيق في الجينات أو
البروتينات الفردية في وقت واحد الوقت ، كما كان أسلوب علم الأحياء ناجحا للغاية على
مدى الثلاثين عامًا الماضية. بدلا من ذلك ، يتحقق من السلوك والعلاقات بين
جميع العناصر في نظام بيولوجي معين أثناء عمله ". كما يصفه Kitano
كمايلي "لفهم علم الأحياء على مستوى الأنظمة ،يجب علينا فحص
هيكل وديناميكيات الوظيفة الخلوية والعضوية ، بدلاً من خصائص أجزاء معزولة من خلية
أو كائن حي ".
أما المعهد الوطني العلوم الطبية العامة في المعهد الوطني للصحة NIH1 فيقدم منظورا مختلفا قليلا: "بيولوجيا الأنظمة تسعى للتنبؤ بـالسلوك الكمي لعملية بيولوجية في الجسم الحي في ظل اضطراب واقعي ، حيث المعالجة الكمية تستمد قوتها من التضمين الصريح للعملية والمكونات وتفاعلاتها والقيم الواقعية لتركيزاتها والمواقع المحلية ".
كما يمكن أيضًا تعريف بيولوجيا الأنظمة من الناحية التشغيلية ، من
خلال مبادرة بيولوجيا الأنظمة والحسابات بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ،من حيث
"4 M’s" —القياس والتعدين والنمذجة ،والتلاعب كما هو موضح في الشكل التخطيطي أدناه.
3.تعقيد بيولوجيا النظم
بيولوجيا النظم هو مجال متعدد التخصصات يهدف إلى فهم عمل النظم البيولوجية المعقدة على مستويات مختلفة من التنظيم، بدءا من الجزيئات الفردية إلى الكائنات الحية والنظم البيئية بأكملها. فيما يلي بعض جوانب تعقيد بيولوجيا الأنظمة:
- **مستويات التنظيم**: تقدم الأنظمة البيولوجية تسلسلًا هرميًا لمستويات التنظيم، من الجزيء إلى الخلية، ومن الأنسجة إلى العضو، ومن الكائن الحي إلى السكان والنظام البيئي. غالبًا ما يتضمن فهم كيفية عمل هذه الأنظمة دمج المعلومات والتفاعلات على كل مستوى.
- **التفاعلات المعقدة**: تتفاعل مكونات النظم البيولوجية بطرق معقدة وديناميكية. وتشمل هذه التفاعلات الشبكات التنظيمية الجينية، ومسارات الإشارات الخلوية، والشبكات الأيضية، والتفاعلات البيئية. غالبًا ما يتطلب فهم هذه التفاعلات أساليب كمية وحسابية متقدمة.
- **التباين البيولوجي**: تُظهر الأنظمة البيولوجية تباينًا كبيرًا بين الأفراد وفيما بينهم، بالإضافة إلى اختلافات زمنية ومكانية. يمكن أن يكون هذا التباين نتيجة لعوامل وراثية وبيئية ولاجينية، ويضيف بعدًا إضافيًا من التعقيد إلى فهم النظم البيولوجية.
- **ظهور الخصائص**: غالبًا ما تنشأ خصائص النظم البيولوجية من تفاعل مكونات متعددة. على سبيل المثال، قد تنشأ خصائص سلوك سرب النحل من التفاعلات المحلية بين النحل الفردي، دون أن تتم برمجتها بشكل صريح من قبل فرد واحد.
- **بيانات ضخمة وغير متجانسة**: تولد بيولوجيا الأنظمة كمية كبيرة من البيانات غير المتجانسة من مصادر تجريبية مختلفة مثل علم الجينوم، وعلم البروتينات، وعلم التمثيل الغذائي، والتصوير والنمذجة. يمثل دمج هذه البيانات وتحليلها للحصول على رؤى مفيدة تحديًا كبيرًا.
- **النمذجة والمحاكاة**: غالبًا ما يتطلب فهم الأنظمة البيولوجية المعقدة إنشاء نماذج رياضية وحسابية. تتيح هذه النماذج محاكاة سلوك الأنظمة البيولوجية، وإجراء التنبؤات واختبار الفرضيات.
باختصار، تواجه بيولوجيا الأنظمة تعقيدًا متأصلًا بسبب التنوع في مستويات التنظيم، والتفاعلات المعقدة، والتباين البيولوجي، وظهور الخصائص، والبيانات الضخمة، والحاجة إلى النمذجة. وعلى الرغم من هذه التحديات، فإن هذا النهج يوفر إطارًا قويًا لفهم الأنظمة البيولوجية ككل ولمعالجة الأسئلة الأساسية في علم الأحياء والطب.
تعليقات
إرسال تعليق