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Erschienen in:
2017 | OriginalPaper | Buchkapitel
9. Komplexe Systeme verhalten sich grundsätzlich ähnlich
verfasst von : Thomas Dandekar, Meik Kunz
Erschienen in: Bioinformatik
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
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Zusammenfassung
Biologische Systeme sind selbst regulierend und erhalten den eigenen Systemzustand (Attraktor). Dabei helfen negative Rückkoppelungsschleifen (Feedback loop) ein Überschießen zu verhindern, positive Aktivierungsschleifen (Feedforward loop) aktivieren das System, wenn es zu schwach ist (z. B.: Herzschlag). Die Bioinformatik kann hier zentrale Schlüsselelemente gezielt erschließen (z. B. zentrale Signalkaskaden; hochverknüpfte Proteine im Zentrum, sogenannte „Hubs“; Sequenz- und Systemstrukturanalysen etwa mit Interaktomik und Gen-Ontologie), durch deren Zusammentreten erst das Systemverhalten wesentlich zu Stande kommt („Emergenz“). Dabei geht man von der maschinenlesbar beschriebenen Systemstruktur aus (Software Cytoscape, CellDesigner u.a.), um dann die Dynamik nachzustellen (z. B. SQUAD, Jimena, CellNetAnalyzer), wobei der Vergleich mit den Experimenten viele („iterative“) Modellverbesserungen erfordert. Systembiologie ist das wichtigste Zukunftsgebiet der Bioinformatik, gerade in Verknüpfung mit molekularer Medizin, Neurobiologie und Systemökologie, modernen Omics-Techniken und bioinformatischer Auswertung (R/Statistik; Read-Mapping und Assembly; Metagenom).