Zweige der Biologie

Systembiologie - Evolution in der Systembiologie

Evolution in der Systembiologie

Der ukrainisch-amerikanische Genetiker und Evolutionist Theodosius Dobzhansky bemerkte im 20. Jahrhundert, dass "in der Biologie nichts Sinn macht, außer im Lichte der Evolution". Das Verständnis der Evolution ist für die Systembiologie von wesentlicher Bedeutung, aber das Verständnis, woher die Informationen im System stammen und wie sie komplex wurden, bietet auch einen Schwerpunkt für das evolutionäre Denken. In einer Reihe von evolutionären Übergängen haben biologische Systeme bemerkenswerte Mechanismen zum Speichern, Handhaben und Bereitstellen erworbenInformationen in der lebenden Welt. Die grundlegenden Teile für die Speicherung und Übertragung sind RNA und DNA. Eine bemerkenswerte Erkenntnis, die sich aus der Untersuchung dieser Teile ergab, ist, dass die Entwicklung von Entwicklungs- und physiologischen Systemen grundlegende Komponenten von Genregulationsnetzwerken umfasst, einschließlich Transkriptionsfaktoren (eine Klasse von Proteinen, die die Genexpression regulieren) und Transkriptionsfaktor-bindende cis- regulatorische Elemente in der DNA. Genregulatorische Netzwerke sind wiederum an andere Netzwerke gekoppelt, die tiefgreifende Auswirkungen auf die Funktion von Systemen haben und dadurch evolutionäre Möglichkeiten bestimmen.

Netzwerke und Informationen

Ingenieure und Mathematiker haben wertvolle Einblicke in die Die Art der Informationen , insbesondere in Bezug auf Kommunikation, und Biologen haben einige dieser Erkenntnisse an die Untersuchung biologischer Systeme angepasst. Ein wichtiges Forschungsgebiet in der Biologie befasst sich mit der Frage, ob biologische Prozesse höherer Ordnung aus einer Informationsperspektive dargestellt werden können. Die konzeptionellen Werkzeuge zur Betrachtung biologischer Phänomene basieren auf mathematischen Vorstellungen über Information und Datenverarbeitung. Eine wesentliche Weiterentwicklung ist jedoch erforderlich, bevor eine zufriedenstellende theoretische Grundlage geschaffen wird. Ein Schlüsselaspekt bei der Beschreibung und Messung biologischer Informationen ist beispielsweise der Kontextin dem die Informationen funktionieren, was schwierig war, auf klare und nützliche Weise darzustellen. Ein Beispiel für die Art der Herausforderung, der sich Forscher gegenübersehen, ist der Prozess der Genexpression, bei dem aus genetischer Information ein bestimmtes Proteinmolekül hergestellt wird. Eine Reihe von Faktoren beeinflussen die Expression eines Gens - vom Typ der beteiligten Zelle über die von der Zelle empfangenen externen Signale und den Stoffwechselzustand der Zelle bis hin zu bereits vorhandenen Zuständen der Genexpression. Die Bemühungen, diese Faktoren zu verstehen, bilden einen wichtigen Forschungsbereich in der modernen Biologie.

Obwohl einige kleine Netzwerke, wie bestimmte metabolische Netzwerke in Bakterien oder Hefen , relativ gut charakterisiert sind, bleiben komplexere Netzwerke wie Entwicklungsnetzwerke nur teilweise verstanden. Für das Studium beider Netzwerktypen relevante mathematische Konzepte wurden entwickelt und umgesetzt . Dennoch sind nur wenige biologische Systeme ausreichend charakterisiert worden, um es Forschern zu ermöglichen, sie als Netzwerke zu modellieren. Beispiele hierfür sind die Lactose - und Galactose -Nutzung Systeme in bestimmten Bakterien wie Escherichia coli und Streptococcus. Breitere Wechselwirkungen dieser Netzwerke sind jedoch vergleichsweise weniger gut verstanden. Die frühe embryonale Entwicklung des Seeigels ist ein weiteres System, das effektiv modelliert wurde. Modelle bieten einzigartige Einblicke in die biologische Entwicklung und Physiologie , und Wissenschaftler haben sich eine Zukunft vorgestellt, in der Modelle für die meisten biologischen Systeme verfügbar sein werden. In der Tat könnten quantitative Modelle letztendlich Hypothesen über die Struktur und Funktion jedes fraglichen biologischen Systems verkörpern.

Ideen über biologische Systeme haben das Potenzial, Landwirtschaft, Tierhaltung , Ernährung , Energie und andere Branchen und Forschungsbereiche zu verändern. Zu Beginn des 21. Jahrhunderts hatte die medizinische Praxis bereits begonnen, von einer reaktiven Behandlung der Symptome der Patienten zu einer proaktiven und personalisierten Versorgung überzugehen , da die Funktionen der komplexen Systeme, die menschliche Zellen und Organe sind, besser verstanden wurden.