1. Понятие «системная биология», различные его трактовки и содержание. Основные направления применения.

Системная биология — активно развивающаяся междисциплинарная область науки, которая анализирует сложные биологические системы с учетом их многокомпонентности, наличия прямых и обратных связей, а также разнородности экспериментальных данных.

ТРАКТОВКИ

1) Область исследований, нацеленная на изучение взаимодействий между составляющими частями биологических систем и на исследование механизмов формирования функций и системных свойств в результате этих взаимодействий (например, взаимодействие метаболитов и ферментов в метаболических системах).

2) Научная парадигма, противопоставляемая редукционистской парадигме в изучении сложных биологических систем, однако полностью соответствующая научному методу познания.

3) Набор исследовательских протоколов, а именно, цикл исследований, состоящий из теории, аналитического или компьютерного моделирования для формулировки гипотез о системе, и затем использование полученных данных для описания клетки или клеточных процессов.

4) Применение теории динамических систем к биологическим процессам.

5) Соционаучный феномен, определяемый как стремление к интеграции сложных данных о взаимодействиях в биологических системах, полученных из различных экспериментальных источников, используя междисциплинарные методы.

Основные направления применения:

 1) В области фармакологии:

• Анализ максимальной эффективности мишеней.

• Выбор и определение приоритетности мишеней на самой ранней стадии разработки лекарств;

• Анализ возможного побочного действия лекарственного средства до начала испытаний;

• Поиск молекулярных основ показанной неэффективности лекарства (или кандидата) в доклинических или клинических испытаниях;

• Планирование «оптимального» эксперимента

 2) В области биотехнологий:

• Прогноз ответа системы биореактора на внесение различных генетических модификаций в культивируемый микроорганизм или изменений условий;

• Формулировка или поиск возможных генных модификаций для разработки штаммов-сверхпродуцентов;

• Оптимизация условий в биореакторе/ферментере для получения максимальной производительности.

 3) В области молекулярной медицины:

• Построение глобальных сетей генетических взаимодействий;

• Идентификация биомаркеров заболеваний

• Идентификация генов, изменения в которых приводят к заболеваниям.

2. История развития системной биологии.

Пионером системной биологии можно считать Людвига Фон Берталанфи, создателя общей теории систем, автора книги «Общая теория систем в физике и биологии», опубликованной в 1950 году.

Одной из первых численных моделей в биологии является модель британских нейрофизиологов и лауреатов нобелевской премии Ходжкина и Хаксли, опубликованной в 1952 году. Авторы создали математическую модель, объясняющую распространение потенциала действия вдоль аксона нейрона

В 1960 году на основе модели Ходжкина и Хаксли Денис Нобл создал первую компьютерную модель сердечного водителя ритма

В  70-х годах двадцатого века был разработан ряд подходов для изучения сложных молекулярных систем

Тем не менее, рождение функциональной геномики в 1990-х годах привело к доступности большого количества данных высокого качества, что совместно с бумом в развитии вычислительной техники, позволило создавать более реалистичные модели. 

В  2000 года, к создавались институты системной биологии в Сиэтле и Токио,

С 2006 создано несколько центров системной биологии в мире