Biologia de sistemas

En los últimos años, ha habido una explosión de información en biología. El mapeo del genoma humano proporcionó a los biólogos un detalle sin precedentes sobre unos 30.000 a 40.000 genes. También se están realizando esfuerzos para identificar las miles, y potencialmente millones, de proteínas codificadas por esos genes. Los investigadores ahora están siguiendo el siguiente paso lógico para integrar todos estos datos: la biología de sistemas.

El objetivo es comprender no solo las funciones de genes individuales, proteínas y moléculas más pequeñas como las hormonas, sino también aprender cómo interactúan todas estas moléculas dentro de, digamos, una célula. Los biólogos esperan usar esta información para generar modelos informáticos más precisos que ayudarán a desentrañar las complejidades de la fisiología humana y los mecanismos subyacentes de la enfermedad. La mayor recompensa: desarrollo más rápido de fármacos más eficaces. Esto realmente está abriendo un mundo completamente nuevo, una nueva forma de hacer las cosas, dice Aram Adourian, director de tecnologías avanzadas en Beyond Genomics, una startup de biología de sistemas en Waltham, MA.

Esta historia fue parte de nuestro número de marzo de 2002

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Un puñado de grupos académicos, empresas de biotecnología y farmacéuticas están adoptando este nuevo enfoque. (ver tabla) . El fabricante farmacéutico Eli Lilly tiene previsto abrir su nuevo Centro de Biología de Sistemas en Singapur esta primavera. El centro planea gastar $ 140 millones durante los próximos cinco años para desarrollar medicamentos más efectivos usando un enfoque de sistemas. En Seattle, el pionero de la biotecnología Leroy Hood fundó recientemente el Instituto de Biología de Sistemas (ver Bajo el capó de la biología, NIÑOS Septiembre de 2001) con el objetivo de comprender mejor sistemas complejos como el sistema inmunológico, así como enfermedades como el cáncer. Beyond Genomics está utilizando biología de sistemas para identificar mejores dianas moleculares para los medicamentos para enfermedades cardíacas y está colaborando con la compañía farmacéutica Elan, con sede en Dublín, Irlanda, para desarrollar nuevas terapias para el Alzheimer.

Tradicionalmente, los investigadores de fármacos pueden identificar un gen que está activado o desactivado en pacientes enfermos y luego desarrollar un fármaco que regule ese gen o la proteína que codifica. Pero muchas enfermedades involucran varios genes y proteínas diferentes, todos interactuando entre sí de formas únicas. La biología de sistemas, al examinar estas complejas interacciones, podría arrojar más luz sobre cómo las enfermedades alteran los procesos celulares. Esto podría ayudar a los investigadores a perfeccionar de manera más eficiente los genes o proteínas cruciales que causan enfermedades y que, por lo tanto, son los principales objetivos de las nuevas terapias. Los investigadores también podrían ajustar sus modelos para simular con mayor precisión los efectos de un fármaco potencial antes de probarlo en humanos, lo que ahorra a las empresas millones de dólares.

La biología de sistemas se ha vuelto factible solo recientemente con el desarrollo de una serie de nuevas herramientas de laboratorio, que van desde métodos sofisticados de identificación de proteínas hasta software de minería de datos, que permite a los investigadores procesar cantidades masivas de datos. Beyond Genomics, por ejemplo, recolecta muestras como sangre, tejido o líquido cerebral y luego utiliza una serie de herramientas analíticas recientemente desarrolladas para identificar los principales genes, proteínas y moléculas más pequeñas que se comportan de manera diferente en pacientes sanos y enfermos. Y en lugar de identificar cada tipo de molécula en una muestra, eso sería una tarea desalentadora, dice Adourian, la compañía se concentra solo en aquellas que parecen estar involucradas en la enfermedad.

Luego, los nuevos datos se combinan con información de bases de datos públicas y se introducen en una computadora que traza un mapa de las posibles interacciones entre las moléculas. Esto le permite a la compañía detectar moléculas que probablemente sean buenos objetivos para nuevos medicamentos en cuestión de semanas, a diferencia de los años que podrían tomar los métodos tradicionales.

Incluso una sola célula es un sistema extremadamente complejo lleno de miles de moléculas que los investigadores aún tienen que identificar. Y podría pasar más de una década antes de que la biología de sistemas sea capaz de construir un modelo preciso de todos estos elementos que interactúan en una célula. Sin embargo, a medida que el enfoque evoluciona y las bases de datos sobre genes, proteínas y otros factores continúan creciendo, los investigadores se acercarán más a ese objetivo, e incluso una comprensión parcial podría ayudar en gran medida al proceso de descubrimiento de fármacos. Creo que hay oportunidades bastante interesantes en biotecnología para las empresas que abordan correctamente la biología de sistemas, dice Hood, reconociendo los desafíos técnicos inherentes a esta investigación multifacética.

Eventualmente, a los investigadores les gustaría observar sistemas incluso más complejos que la célula. Algún día, la biología de sistemas podría hacer posible modelar un órgano, como un corazón, y finalmente un organismo completo. Entonces, el término curación holística cobraría un significado completamente nuevo.

El panorama
Empresas que explotan la biología de sistemas

Instituto / Empresa Ubicación Enfocar Instituto de Biología de Sistemas Seattle, WA Comprender la fisiología y las enfermedades humanas Más allá de la genómica Waltham, MA Identificar nuevos objetivos de fármacos Lilly Center for Systems Biology Singapur Desarrollar nuevos fármacos SurroMed Mountain View, CA Extraer múltiples datos biológicos para nuevos objetivos de fármacos Alliance for Cellular Signaling Dallas, TX Mapear todas las interacciones entre proteínas en una célula

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