Biologia dei sistemi

Negli ultimi anni, c'è stata un'esplosione di informazioni in biologia. La mappatura del genoma umano ha fornito ai biologi dettagli senza precedenti su circa 30.000-40.000 geni. Sono inoltre in corso sforzi per identificare le migliaia e potenzialmente milioni di proteine ​​codificate da quei geni. I ricercatori stanno ora perseguendo il prossimo passo logico nell'integrazione di tutti questi dati: la biologia dei sistemi.

L'obiettivo è comprendere non solo le funzioni dei singoli geni, proteine ​​e molecole più piccole come gli ormoni, ma anche imparare come interagiscono tutte queste molecole all'interno, ad esempio, di una cellula. I biologi sperano di utilizzare queste informazioni per generare modelli informatici più accurati che aiuteranno a svelare le complessità della fisiologia umana e i meccanismi alla base della malattia. La più grande ricompensa: sviluppo più rapido di farmaci più efficaci. Questo sta davvero aprendo un mondo completamente nuovo, un nuovo modo di fare le cose, afferma Aram Adourian, direttore delle tecnologie avanzate presso Beyond Genomics, una startup di biologia dei sistemi a Waltham, MA.

Questa storia faceva parte del nostro numero di marzo 2002

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Una manciata di gruppi accademici, aziende biotecnologiche e aziende farmaceutiche stanno abbracciando questo nuovo approccio (consultare tabella) . Il produttore farmaceutico Eli Lilly aprirà il suo nuovo Centro per la biologia dei sistemi a Singapore questa primavera. Il centro prevede di spendere 140 milioni di dollari nei prossimi cinque anni per sviluppare farmaci più efficaci utilizzando un approccio sistemico. A Seattle, il pioniere delle biotecnologie Leroy Hood ha recentemente fondato l'Institute for Systems Biology (vedi Under Biology's Hood , BAMBINI settembre 2001) con l'obiettivo di comprendere meglio sistemi complessi come il sistema immunitario, nonché malattie come il cancro. Beyond Genomics sta usando la biologia dei sistemi per identificare migliori bersagli molecolari per i farmaci per le malattie cardiache e sta collaborando con l'azienda farmaceutica irlandese Elan, con sede a Dublino, per sviluppare nuove terapie per l'Alzheimer.

Tradizionalmente, i ricercatori di farmaci potrebbero identificare un gene che viene attivato o disattivato nei pazienti malati e quindi sviluppare un farmaco che regola quel gene o la proteina per cui codifica. Ma molte malattie coinvolgono diversi geni e proteine, che interagiscono tra loro in modi unici. La biologia dei sistemi, esaminando queste complesse interazioni, potrebbe far luce su come le malattie alterano i processi cellulari. Ciò potrebbe aiutare i ricercatori a concentrarsi in modo più efficiente sui geni o le proteine ​​cruciali che causano la malattia e che sono quindi i bersagli principali per nuove terapie. I ricercatori potrebbero anche adattare i loro modelli per simulare in modo più accurato gli effetti di un potenziale farmaco prima di testarlo sugli esseri umani, risparmiando alle aziende milioni di dollari.

La biologia dei sistemi è diventata fattibile solo di recente con lo sviluppo di una serie di nuovi strumenti di laboratorio, che vanno dai sofisticati metodi di identificazione delle proteine ​​al software di data mining, che consente ai ricercatori di elaborare enormi quantità di dati. Beyond Genomics, ad esempio, raccoglie campioni come sangue, tessuto o liquido cerebrale e quindi utilizza una serie di strumenti analitici di nuova concezione per identificare i principali geni, proteine ​​e molecole più piccole che si comportano in modo diverso nei pazienti sani rispetto a quelli malati. E invece di identificare ogni tipo di molecola in un campione - sarebbe un compito arduo, dice Adourian - l'azienda si concentra solo su quelle che sembrano essere coinvolte nella malattia.

I nuovi dati vengono quindi combinati con informazioni provenienti da database pubblici e inseriti in un computer che mappa le possibili interazioni tra le molecole. Ciò consente all'azienda di individuare molecole che potrebbero costituire buoni bersagli per nuovi farmaci nel giro di poche settimane, al contrario degli anni che potrebbero richiedere i metodi tradizionali.

Anche una singola cellula è un sistema estremamente complesso pieno di migliaia di molecole che i ricercatori devono ancora identificare. E potrebbe passare più di un decennio prima che la biologia dei sistemi sia in grado di costruire un modello accurato di tutti questi elementi interagenti in una cellula. Tuttavia, man mano che l'approccio si evolve e i database su geni, proteine ​​e altri fattori continuano a crescere, i ricercatori si avvicineranno a tale obiettivo e anche una comprensione parziale potrebbe aiutare notevolmente il processo di scoperta dei farmaci. Penso che ci siano opportunità piuttosto interessanti nella biotecnologia per le aziende che affrontano correttamente la biologia dei sistemi, afferma Hood, riconoscendo le sfide tecniche inerenti a questa ricerca multiforme.

Alla fine, i ricercatori vorrebbero esaminare sistemi ancora più complessi della cellula. Un giorno la biologia dei sistemi potrebbe rendere possibile modellare un organo, come un cuore, e in definitiva un intero organismo. Allora il termine guarigione olistica assumerebbe un significato completamente nuovo.

La grande immagine
Aziende che sfruttano la biologia dei sistemi

Istituto/Azienda Posizione Messa a fuoco Institute for Systems Biology Seattle, WA Comprendere la fisiologia e le malattie umane Beyond Genomics Waltham, MA Identificare nuovi bersagli farmacologici Lilly Center for Systems Biology Singapore Sviluppare nuovi farmaci SurroMed Mountain View, CA Estrarre dati biologici multipli per nuovi bersagli farmacologici Alliance for Cellular Signaling Dallas, TX Mappa tutte le interazioni tra le proteine ​​in una cellula

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