Živa bitja so najbolj kompleksni sistemi na zemlji.
Že v eni sami celici je nešteto molekul, ki med sabo sodelujejo, da omogočajo vse življenjske funkcije in odzivanje na številne zunanje dražljaje, kot so hranila, patogeni ali različni fizikalni dražljaji. Kompleksnost procesov, ki se naenkrat odvijajo v posamezni celici, presega zmožnost procesiranja človeških možganov. Večina raziskav se zato še vedno osredotoča na razumevanje posameznih procesov v celici, pri čemer obstaja nevarnost, da ne vidimo celote in tudi ne, kako je ta proces povezan z drugimi ali pregovorno "zaradi dreves ne vidimo gozda". Z orodji sistemske biologije življenjske procese "prevedemo" v jezik matematike, da lahko izkoriščamo zmogljivost računalnikov pri analizi in modeliranju kompleksnih življenjskih procesov.
"Sistemska biologija izhaja iz prepričanja, da so kompleksni biološki sistemi več kot le vsota posameznih procesov. Ali povedano drugače, če smo pred 50. leti opazovali delovanje, ali bolje rečeno, obnašanja celotnih organizmov in je biolog poznal vse od živali do gliv se danes ukvarjamo z molekulami in atomsko strukturo živega. Neskončno se je povečala tudi količina podatkov o živem, zdaj pa želimo to ogromno količino podatkov spet sestaviti v celoten organizem. Pristop sistemske biologije zato zahteva sodelovanje biologov s strokovnjaki s področji računalništva, inženiringa, bioinformatike, fizike in drugih. Kar včasih ni enostavno, saj ne govorimo povsem istega jezika." se nasmehne dr. Anže Županič iz Nacionalnega inštituta za biologijo (NIB), eden izmed pobudnikov organizacije delavnice ELIXIR, "Orodja sistemske biologije," ki je potekala 14. 6. 2022 v organizaciji slovenskega vozlišča raziskovalne infrastrukture ELIXIR.
"V sistemski biologiji z matematičnimi modeli opisujemo delovanje živih sistemov s ciljem, da bomo lahko, ko bodo modeli dovolj dobri, napovedali, kako se bo posamezen organizem odzval na različne dražljaje. Odlično bi bilo na primer, da bi zdravniki na podlagi naših genetskih profilov lahko vedeli, katero zdravilo bo za nas najbolj učinkovito, ali da bi kmetje vedeli, katere sorte poljščin so najbolje prilagojene tlom, klimatskim pogojem in poleg tega še odporne na škodljive organizme na njihovi poljih. Zmanjšala bi se poraba pesticidov in vode za zalivanje. Kmetje bi lahko računali na stabilen pridelek, mi pa na varno oskrbo s hrano." razloži prof. dr. Kristina Gruden, vodja Oddelka za biotehnologijo in sistemsko biologijo na NIB.
"Danes smo še v zgodnji fazi razvoja pristopov sistemske biologije, ko še ne zmoremo zgraditi natančnih modelov delovanja celotnih organizmov, kljub temu pa so ti pristopi že dali pomembne rezultate zlasti v medicini in biotehnologiji. Gre za eno od področij z velikim potencialom, pri katerem slovenski znanstveniki ne zaostajamo za razvojem v svetu," dodaja izr. prof. dr. Miha Moškon s Fakultete za računalništvo in informatiko Univerze v Ljubljani, so-organizator delavnice ELIXIR, "Orodja sistemske biologije," na kateri slovenski strokovnjaki predstavili orodja sistemske biologije, ki so jih razvili v zadnjih letih.
Raziskovalci Univerze v Ljubljani (predstavniki Medicinske fakultete in Fakultete za računalništvo in informatiko) so na delavnici predstavili orodja za analizo periodičnih signalov v bioloških sistemih, ki so med drugim še posebej pomembni za preučevanje cirkadianih ritmov, orodja za gradnjo omrežij, ki opisujejo, kako geni vplivajo drug na drugega, in orodja za uporabo celičnih metabolnih modelov v sistemski in personalizirani medicini. Uporabo teh so demonstrirali tudi na primeru analize bolezni COVID-19.
Raziskovalci Nacionalnega inštituta za kemijo so predstavili računalniške metode za odkrivanje interakcij med proteini in RNA molekulami in orodja za matematično modeliranje in kontrolo procesov proizvodnje zdravil v farmacevtski industriji.
Raziskovalci Univerze v Mariboru (Fakulteta za naravoslovje in matematiko) so predstavili matematično modeliranje signalizacija kalcija v trebušni slinavki s fokusom na iskanje izvora signala, ki bi lahko bil tarča za načrtovanje novih zdravil za zdravljenje sladkorne bolezni.
Raziskovalci NIB pa so predstavili orodje za avtomatsko določanje funkcij rastlinskih genov, model odziva rastlin na škodljive organizme in na dejavnike okolja, kot so suša, vročina ali poplave. Predstavili so tudi orodje za simulacijo molekularnih procesov na podlagi znanja, integriranega v model delovanja bioloških sistemov. Izdelali so tudi orodje, ki omogoča, da se podatki raziskav primerno uredijo in jih zato lahko uporabljajo tudi drugi. Orodja NIB skupaj omogočajo učinkovito iskanje molekularnih mehanizmov odpornosti in občutljivosti kmetijskih rastlin na različne oblike stresa in posledično podpirajo razvoj novih sort, ki bodo zagotavljale prehransko varnost v obdobju klimatskih sprememb, ki prihajajo v bližnji prihodnosti.
Gradiva delavnice bodo v kratkem objavljena na spletni strani slovenskega vozlišča ELIXIR (https://elixir-slovenia.org/sl/domov/).
