آینده علوم زیستی و پزشکی در دستان سیستمز بیولوژی

برای سالیان متعدد نگاه و رویکرد محققین علوم زیستی به سلول، به صورت متمرکز بر نقطه ای به خصوص بوده است. به این شکل که ژن یا مسیر خاصی توسط محقق انتخاب و مطالعه بر روی آن صورت می گرفت. علی رغم با ارزش بودن چنین مطالعاتی (با توجه به حجم زیاد داده تولید شده) نیاز به رویکرد متفاوتی احساس می شود. امروز ما می دانیم که اجزای سلول ها به صورت تکی عمل نمی کنند و بر اجزای دیگر در سلول نیز تاثیر می گذارند. این تاثیر صرفا به صورت مستقیم بر مسیر متابولیکی که پروتئین در آن نقشی را ایفا می کند نیست. داده های عظیم به وجود آمده طی سالیان اخیر و ذهن کنجکاو محققین سبب ایجاد یک خط فکری جدید شده است. مفهومی به نام سیستمز بیولوژی (گاها سیستم بیولوژی هم خوانده می شود) که نگاه ما را از یک نگاه جزئی به سمت یک نگاه کل نگر سوق می دهد.

سیستمز بیولوژی چیست؟

برای درک بهتر مفهوم سیستمز بیولوژی، لازم است بدانیم سیستم به چه معنا است. به بیان ساده، سیستم به مجموعه ای از عناصر و اجزا که باهم در ارتباط بوده و یک کل واحد را ایجاد می کنند، گفته می شود. طبیعتا این اجزا بر اساس یک سری قوانین عمل می کنند. هریک از آن ها دارای نقش به خصوصی است که به عملکرد کلی سیستم کمک می کند. بنابراین، تداخل در انجام وظیفه هریک از آن ها، بسته به موقعیتی که دارند می تواند برای عملکرد سایر اجزا نیز موثر باشد.

زمانی که از سیستمز بیولوژی صحبت می کنیم، سلول را به عنوان سیستمی در نظر گرفته ایم که اجزای آن با یکدیگر در حال تعامل و ارتباط هستند. هریک از پروتئین ها و اجزای موجود در سلول در مسیرهای مشخصی برهم تاثیر می گذارند. این مسیرهای مشخص نیز در نقاطی باهم تلاقی دارند و این گونه نیست که تکی عمل کنند. پس می توانیم ژن هایی که تبدیل به محصولاتی مانند پروتئین و یا non-coding RNA می شوند را به عنوان اجزا و خطوط ارتباطی بین این اجزا را به عنوان نحوه تعامل در نظر بگیریم. این موضوع ما را قادر می سازد تا یک سیستم بیولوژیکی را به شکل یک شبکه مدل کنیم. در سیستمز بیولوژی ما با ترسیم چنین شبکه هایی و تفسیر ارتبط بین اجزا سعی در کشف حقایق هستیم.

زمانی که یک سیستم را مدل می کنیم، هدف ما ساده سازی شرایط به منظور فهم بهتر است. به این ترتیب، می توانیم با دید بازتری عملکرد اجزا را مورد بررسی قرار داده و تاثیر سیستماتیک هریک را مطالعه کنیم. به طور مثال، در یک بیماری مانند سرطان، زمانی که شبکه برهم کنش پروتئین هایی که بیان نامتعارفی دارند را رسم کنیم (مانند تصویر بالا)، با تفسیر ارتباطات و بررسی نقش هریک از پروتئین ها در مسیرهای مختلف بیولوژیکی، قادر خواهیم بود نقش آن ها را در پیش برد بیماری بهتر درک کنیم. در این شرایط انتخاب اهداف درمانی و حتی تشخیصی کار منطقی تری خواهد بود تا اینکه بدون در نظر گرفتن تاثیر یک ژن در سیستم اقدام به سرکوب آن کنیم. پس می توان گفت سیستمز بیولوژی به ما امکان کنترل بهتر شرایط و پیدا کردن نقص های سیستم در یک سلول را با حداکثر دقت می دهد.

آینده در دستان سیستمز بیولوژی

در عصر حاضر، همه چیز وابسته به داده است. طی سالیان گذشته، در بیولوژی و پزشکی نیز داده های عظیمی تولید شده اند. تفسیر این داده ها در قالب سیستمز بیولوژی سبب استفاده بهینه تر آن ها خواهد شد. با ترسیم مدل های گوناگون سلولی و مطالعه هریک، درمان ها هدفمندتر و دقیق تر خواهند بود. می توانیم عوارض داروها را کمتر کنیم و برای تشخیص، استراتژی های بهتری را طراحی کنیم.

امروز محققین سراسر دنیا به سیستمز بیولوژی نگاه مثبتی نشان داده اند. در بسیاری از دانشگاه ها دپارتمان های سیستمز بیولوژی در حال شکل گرفتن است. از آن مهم تر، کمپانی های بزرگ دنیا مانند فایزر نیز این حوزه را پذیرفته اند و در حال انجام مطالعات سیستمی، برای رسیدن به داروهای جدید می باشند.

قسمت جذاب آن، تلفیق مسیر سیستماتیک در بیولوژی با استراتژی های دیگر است. این گونه شما محدود به یک حوزه به خصوص به نام سیستمز بیولوژی نخواهید بود. مطالعات سیستمیک می توانند با حوزه های دیگری مانند بیولوژی ساختاری، شیمی دارویی، ایمونولوژی و بسیاری موارد دیگر تلفیق شوند تا چرایی های بیشتری پاسخ داده شوند. به طور مثال، شما یک پروتئین که نقش مهمی در پیش برد بیماری دارد را با کمک رویکرد سیستم بیولوژی شناسایی کرده اید. حال می توان با مطالعات ساختاری، دومین ها و قسمت های مختلف آن را بررسی نمود و تغییراتی که در پروتئین باعث تاثیر در عملکرد آن شده است را مطالعه کرد. استراتژی های بسیار زیادی می توانند در ادامه پیاده سازی شوند و بدون شک در آینده نزدیک نگاه سیستمز بیولوژی در نقاط متعددی از حوزه های مرتبط با بیولوژی و پزشکی، نهادینه خواهد شد.

نقشه راه ورود به این حوزه

به منظور ورود به مطالعات سیستم بیولوژی، حرکت در مسیر زیر بسیار کمک کننده خواهد بود:

• تسلط بر زیست شناسی سلولی و مولکولی
• تسلط بر بیوشیمی
• داشتن اطلاعات پیرامون مقدمات بیوانفورماتیک
• شروع یادگیری سیستمز بیولوژی
• یادگیری تکنیک های دیگر بیوانفورماتیکی به منظور ادامه مسیر
• یادگیری تکنیک های آزمایشگاهی به منظور تلفیق این حوزه با آزمایشگاه
• مطالعه مقالات گوناگون به منظور طراحی استراتژی های خلاقانه

سیستمز بیولوژی در دایا زیست فناوران

با توجه به اهمیت این حوزه، ما چند سالی است که در آکادمی دایا زیست فناوران دوره های مرتبط با سیستمز بیولوژی را برگزار می کنیم. نکته مهم این دوره ها منطبق بودنشان با تخصصی اصلی من می باشد. در سالیان اخیر، مسیر مطالعاتی من متمرکز بر سیستمز بیولوژی و سرطان بوده است. بنابراین، تمامی آموزش ها ناشی از تجربه و با تکیه بر مطالعات تخصصی می باشند. همچنین به دلیل پویا بودن این حوزه، دوره های مرتبط با سیستم بیولوژی در دایا زیست فناوران مدام در حال آپدیت شدن خواهند بود تا دانش پذیران این حوزه بتوانند از تازه ترین مباحث بهره مند شوند.