Como cada componente dentro de um sistema biológico pode estar interligado? A Biologia de Sistemas é um campo que ajuda a entender isso
Biologia de Sistemas, um nome tão bonito que parece estar relacionado com tanta coisa, seria essa uma parte relacionada com a biologia dos sistemas humanos? Ou estaria relacionando sistemas biológicos? Ou até mesmo com os ecossistemas?
De acordo com o Instituto de Biologia de Sistemas (Institute for Systems Biology), localizado em Seattle, Washington, Estados Unidos, a biologia de sistemas é uma ciência da informação. Através dela é possível se obter uma visão holística ao invés da reducionista na busca do entendimento de processos biológicos de natureza complexa. Utilizando de uma visão colaborativa entre campos da ciência, integrando informações de diferentes escalas de um sistema biológico.
Em outras palavras, podemos dizer que o Biologia de Sistemas, é um ramo da ciência que busca entender os organismos biológicos em todos os seus níveis. Essa visão holística, ou visão do todo, busca relacionar desde a caracterização de partes constituintes como genes, RNAs, proteínas e metabólitos com características biológicas observadas nos organismos. Se diferenciando do que por muitos anos tem sido aceito como algo comum, que é a compartimentalização do que estudamos.
Agora, como continuar falando da Biologia de Sistemas sem falar nada da bioinformática? Não dá. A Bioinformática surgiu na década de 80, em um cenário onde buscava-se superar as fronteiras das ciências pelo desenvolvimento de novas abordagens de análise e apresentação de dados. O seu desenvolvimento teve maior apoio com o avanço da Biologia Molecular, principalmente com o projeto genoma humano que gerou volumes intensos de informações.
Esses dados gerados a partir dessas análises, podem ser considerados como a forma mais intramolecular de colher informações.
O advento dessas descobertas desenvolveu os campos das ciências ômicas: genômica, proteômica, metabolômica, entre outras, que permitiram cada uma a sua maneira o avanço de uma medicina sistêmica. Esses diferentes estudos focavam no tudo de apenas uma parte. Parece redundante essa última frase né? Mas foi o que aconteceu, a visão de cada um desses campos abordava esse conhecimento de um gene, ou uma proteína que poderia estar relacionada a determinada característica. Deixando um questionamento no ar: Se existem vários níveis porque olhar para um só? Diversas podem ser as justificativas, como falta de tecnologia, a ideia de que uma vez que você saiba tudo de uma parte conseguiria transpor essa informação e, a mais comum, a busca pela redução da complexidade.
Existem muitos fatores que precisam ser considerados em um sistema, diversas variáveis e a análise de um todo pode por muitas vezes ser extremamente desafiadora. Só que todos esse pensamento de quebrar em partes, há muito tempo já vem sendo questionado. Aristóteles até mesmo já falava “O todo é mais do que a soma das partes”.
Dentre os objetivos que podem ser alcançados através do uso da Biologia de Sistemas está o de modelar as interações de um sistema, através de uma modulagem computacional que irá ocorrer antes da parte experimental. Isso permite uma análise de comportamentos que só serão exibidas quando mais de um componente estiver interagindo.
Essa construção dos modelos computacionais e análises se torna parte integral da biologia de forma geral, proporcionando o uso dessas tecnologias experimentais, associando uma maior complexidade e resultando em experimentos baseados em diferentes planejamentos e análises. Isso traz à tona interconexões entre os membros analisados, através de uma rede de interações. Essas redes estão conectando diferentes vias que são representadas através de uma série de reações conectadas, onde cada reação individual é considerada um passo único. Para mensurar essas interações, principalmente nos casos de interações proteína-proteína existem diversos bancos de dados, que podem ser classificados da seguinte maneira:
Primários: dados coletados de publicações científicas
Secundários de meta-databases: integram os dados dos primários e preditivos que combinam dados inferidos por bancos de dados primários, com predições computacionais de interações moleculares.
Para que tudo isso seja possível, uma cultura interdisciplinar tem sido cada vez mais utilizada onde os conhecimentos vêm sendo empregados tanto para interpretação dos resultados como para o uso dos softwares desenvolvidos. Se permitirmos um pensamento ainda longínquo seria o uso dessa predição para uma possível prevenção, personalização e participação dentro da medicina. Onde cada indivíduo, estará cercado por uma nuvem virtual de bilhões de pontos de dados e que teremos ferramentas que reduzirão essa dimensão de possibilidades e permitirão a utilização deles para otimizar um bem-estar e evitar doenças.
Nessa imagem é possível observar a interação entre três importantes vertentes da biologia de sistemas (biologia, tecnologia e computação). A interação é demonstrada através de um ciclo onde esses três eixos apresentam suas contribuições para que o estudo possa ser realizado. A interação através de novos pensamentos na biologia permite a formulação de questionamentos a serem respondidos com novas tecnologias, que geram dados e através da computação, com novos softwares, resultam em novas hipóteses, completando o ciclo.
Nesse texto apresentamos uma visão geral da Biologia de Sistemas, porém esse campo também permite diversas aplicações que podem ajudar a solucionar desafios em nosso planeta, como energia, meio ambiente, nutrição e agricultura. Com essa abordagem mais integrativa e orientada por sistemas, a Biologia de Sistemas permite compreender melhor cada área, interligando-as, apresentando novas abordagens e conhecimentos que podem levar a soluções mais efetivas.
Autor: Thatyanne Gradowski F. da C. Nascimento
Edição: Selene Elifio Esposito e Daniel J. Scheliga
Fontes:
ALTAF-UL-AMIN, M. et al. Systems biology in the context of big data and networks. BioMed Research International, v. 2014, n. 3, 2014.
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HOOD, L. Systems Biology and P4 Medicine: Past, Present, and Future. Rambam Maimonides Medical Journal, v. 4, n. 2, p. e0012, 2013.
WESTERHOFF, H. V.; PALSSON, B. O. The evolution of molecular biology into systems biology. Nature Biotechnology, v. 22, n. 10, p. 1249–1252, 2004.
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