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La biologia dei sistemi unisce modellistica matematici e tecnologie bio-mediche
Sarà la nuova frontiera della ricerca e ha gà svelato alcune grandi potenzialità
La biologia dei sistemi (o systems biology) è una disciplina che nasce dall'uso congiunto della modellistica matematica e delle più avanzate tecnologie bio-mediche (high throughput technologies), le quali sono in grado di misurare centinaia o migliaia di variabili sperimentali e/o cliniche riferite ad uno stesso osservabile (macromolecola, linea cellulare, paziente, etc.).
Da quasi un secolo la matematica vanta una tradizione di applicazioni in ambito biologico (ad esempio il principio di Hardy-Weinberg, noto ai genetisti o all'equazione di Lotka-Volterra che descrive la crescita delle popolazioni), ma finora esisteva una disgiunzione tra il modello teorico e i dati numerici. Tuttavia anche le aree della ricerca bio-medica più moderne, ad alta densità di dati, possono essere utilizzate in maniera riduzionista e basarsi sull'uso di algoritmi e modelli elementari e/o gestiti in via automatizzata. Quindi la biologia dei sistemi apporta una novità: riesce a generare un'integrazione fattiva e completa tra la rigorosità dei metodi matematici e la potenza analitica delle moderne biotecnologie.
I settori della bio-medicina e della matematica applicativa che stanno maggiormente contribuendo allo sviluppo della biologia dei sistemi sono la genomica (espressione, sequenza e struttura dell'intero genoma), la proteomica (studia la conformazione tridimensionale, la funzione e le modificazioni biochimiche delle proteine), la metabolomica (analizza le molecole prodotte nelle cascate anaboliche e cataboliche) e l'interattomica (studia le possibili interazioni molecolari delle cellule).
Dal lato teorico, invece, si sta progressivamente consolidando l'uso della matematica discreta e del calcolo delle probabilità da un lato e dell'analisi matematica e numerica dall'altro, a seconda del tipo di dati disponibili e delle finalità del modello.
Esiste la necessità di realizzare questo tipo di ricerche in centri dove modellizzatori e sperimentatori possano lavorare fianco a fianco, inoltre i costi per l'acquisto e il mantenimento delle apparecchiature sperimentali e delle risorse informatiche sono decisamente alti e gli scienziati hanno ancora scarsa familiarità verso progetti così riccamente articolati. Questi sono tutte le problematiche che stanno selezionando in modo negativo, a livello internazionale, i laboratori leader per queste ricerche.
Ma attualmente ci sono spinte competitive sviluppate nel mondo della systems biology, e queste vengono sia dal versante scientifico che da quello tecnologico. Inoltre vi è un crescente interesse da parte di finanziatori pubblici e privati, università e case farmaceutiche. Tutti questi fattori lasciano intravedere un futuro più roseo per questa nuova area della ricerca bio-medica.
Per ora le potenzialità della biologia dei sistemi sono ancora per lo più inesplorate. Esistono però degli esempi lampanti che ci spiegano la portata di questa disciplina. Nel 2001 Surrey, Nedelec, Leibler e Karsenti per primi analizzarono gli effetti prodotti dalle modificazioni di alcune grandezze fisiche nell'organizzazione dei microtubuli cellulari, accoppiando un sistema sperimentale con delle simulazioni al computer. Oppure, lo scorso anno, in ambito clinico, gruppi di ricerca di Nevins e West riguardo il raffinamento della prognosi dei pazienti affetti da carcinoma polmonare non a piccole cellule hanno prodotto un modello predittivo su base genomica.
Fonte: Alessandro Porrello - Ufficio stampa Sbarro Institute of Philadelphia, USA (SHRO)
Redazione (07/02/2007)
Pubblicato in Biochimica e Biologia Cellulare
Tag:
system biology,
sistemica
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