Биосистема

Определение понятия (дефиниция)

БИОЛОГИЧЕСКАЯ СИСТЕМА (биосистема) — это совокупность функционально связанных элементов, образующих целостный биологический объект.

"Живая система" - по определению, должна обладать качествами живого. Тогда получается, что это понятие является более узким, чем "биологическая система" или "биосистема". Но если понятие "целостный биологический объект" относить только к живым существам, а не к их отдельным частям, то тогда получится, что данные три термина являются синонимами: биологическая система = биосистема = живая система = целостный биологический объект.

В таком случае можно ли называть отдельные системы органов в организме "биосистемами"? Можно ли называть отдельную клетку организма "биосистемой"? Поставленный вопрос, похоже, требует специального рассмотрения и согласованного решения.

Трудность более полного и ёмкого определения биологической системы связана с тем, что это понятие должно отражать основные свойства объективно существующей пространственно-временной структуры, обладающей открытым характером взаимодействия с окружающей средой и имеющей высокую степень специфичности, сложности и организованности. К тому же биосистема должна обладать свойствами живого, хотя и не обязательно всеми такими свойствами.

Один и тот же биологический объект (биосистема) может выступать как в качестве целостной биологической системы, так и в качестве её подсистемы или её отдельного элемента. Примером биологического объекта, рассматриваемого как биологическая система, является организм; на суборганизменном уровне в качестве биосистемы могут рассматриваться клетки, ткани, органы, системы органов (например, система органов дыхания, пищеварения и т. п.), а на надорганизменном уровне — популяции, экосистемы, биогеоценозы и, наконец, биосфера. Для последнего типа биосистем иногда используется специальный термин «биологические макросистемы».

Систе́мная биоло́гия — междисциплинарное научное направление, образовавшееся на стыке биологии и теории сложных систем, ориентированное на изучение сложных взаимодействий в живых системах. Впервые термин используется в статье 1993 года авторов W. Zieglgänsberger и TR. Tölle. Широкое распространение термин «системная биология» получил после 2000 года.

Пионером системной биологии можно считать Людвига Фон Берталанфи, создателя общей теории систем, автора книги «Общая теория систем в физике и биологии», опубликованной в 1950 году. Одной из первых численных моделей в биологии является модель британских нейрофизиологов и лауреатов нобелевской премии Ходжкина и Хаксли, опубликованной в 1952 году. Авторы создали математическую модель, объясняющую распространение потенциала действия вдоль аксона нейрона^[7]. Их модель описывала механизм распространения потенциала как взаимодействие между двумя различными молекулярными компонентами: каналами для калия и натрия, что можно расценить как начало вычислительной системной биологии^[8]. В 1960 году на основе модели Ходжкина и Хаксли Денис Нобл создал первую компьютерную модель сердечного водителя ритма^[9].

Формально первая работа по системной биологии, как самостоятельной дисциплине, была представлена системным теоретиком Михайло Месаровичем в 1966 году на международном симпозиуме в Институте технологии в Кливленде (США, штат Огайо) под названием «Системная теория и биология».^[10][11]

Методы системной биологии

• Геномика: высокопроизводительные методы секвенирования ДНК, включая изучение вариабельности в различных клетках одного организма.
• Эпигеномика/Эпигенетика: изучение факторов транскрипции, не кодируемых в ДНК (метилирование ДНК, и т. д.).
• Транскриптомика: измерение экспрессии генов, используя ДНК-микрочипы и другие методы.
• Интерферомика: измерение взаимодействия транскрибируемых РНК.
• Протеомика/Транслатомика: измерение уровня белков или пептидов с использованием двумерного гель-электрофореза, масс-спектрометрии или многомерных методик измерения белков.
• Метаболомика: измерение концентраций так называемых малых молекул, метаболитов.
• Гликомика: измерение уровня углеводов.
• Липидомика: измерение уровня липидов.

Кроме представленных методов измерения уровня молекул, существуют также более сложные методы, позволяющие измерять динамику характеристик во времени и взаимодействие между компонентами:

• Интерактомика: измерение взаимодействий между молекулами (например, измерение белок-белковых взаимодействий: PPI).
• Флаксомика: измерение динамики потоков и концентраций во времени (как правило метаболитов).
• Биомика: системный анализ биома

Многие перечисленные методики в настоящее время все ещё активно развиваются как в направлении увеличения точности и информативности измерений, так и в способах численной обработки получаемых данных.

Исследования в области системной биологии чаще всего заключаются в разработке механистической модели сложной биологической системы, то есть модели, сконструированной на основе количественных данных об элементарных процессах, составляющих систему^[13][14].

Можно сказать, что системная биология использует метод моделирования биосистем.

Свойства биосистем, которые затрудняют работу с ними:

• многомерность (или бесконечное число измерений в пределах континуума);
• регуляция;
• наличие сложных пространственных форм;
• нелинейность;
• сопряжённость процессов на разных масштабах и в разных подсистемах;
• пластичность во времени (динамическая эволюция во времени);
• неравновесность.

Учебник: Мухин О.И. Моделирование систем  Перейти

Источники:

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%BD...

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%BD...

https://%D0%B1%D0%BC%D1%8D.%D0%BE%D1%80%D0%B3/index.php/%D0%91%D0%98%D0%9E%D0%9B%D0%9E%D0%93%D0%98%D0%A7%D0%95%D0%A1%D0%9A%D0%90%D0%AF_%D0%A1%D0%98%D0%A1%D0%A2%D0%95%D0%9C%D0%90

https://biomolecula.ru/articles/prostranstvenno-vremennoe-modelirovanie-...