システムバイオロジー

システムバイオロジー—生命をシステムとして理解する
北野 宏明
303ページ
出版社：秀潤社
ISBN：9784879622402
発売日： 2001/06
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【目次】

序章　システムバイオロジーとは何か

１　分子生物学とシステムバイオロジー

２　”システムとして理解する”とは
２−１　分子からシステムへ
２−２　システムレベルでの理解への４段階
２−３　システムバイオロジーのAGTC

３　中核的研究テーマ
３−１　生命のリバースエンジニアリング
３−２　ロバスト・システムとしての生命
３−３　デザインパターンの蓄積
３−４　生命システム・エンジニアリング

４　システムバイオロジーの展開

●工学システムと生命システムの共通点と相違点


【注目したポイント】

　今回は、北野 宏明 さんの著書「システムバイオロジー」の序章『序章　システムバイオロジーとは何か』をご紹介します。

　まず、システムバイオロジーの説明を引用します。

システムバイオロジーとは、生命をシステムとして理解することを目指した生物学の新しい分野である。

　これまでの、要素還元論的な研究姿勢で生命の全体を捉えることは困難であるという考えが徐々に広まりつつあります。システムバイオロジーでは、それぞれの要素（遺伝子や蛋白質）がネットワークを形成して、生理現象を組織的に制御している様子を捉えることを目的としています。

　
２−１　分子からシステムへ

　システムバイオロジーを研究する際に、従来の研究におけるアプローチが変化することに留意しておくべきだそうです。著書から引用すると、以下のとおりです。

「モノ」（物質）の理解から「コト」（状態とプロセス）の理解への展開とそれに伴いアプローチが拡大する

　つまり、物質を観察する方法と物質が織りなす現象を観察する方法は違ってくるということでしょうね。例えば、培養している細胞を観察する場合は、顕微鏡で観察し、写真を撮ると良いです。また、細胞の運動を見たい時は、ビデオカメラで撮影しながら培養すると良いですね。


２−２　システムレベルでの理解への４段階

　システムを理解するためのプロセスを引用します。

（１）システム構造同定
（２）システム分析
（３）システム制御
（４）システム設計

　理研の上田 先生がよく説明されているように、時計を分解して、（１）歯車の大きさや形を測定して、（２）それぞれの歯車や部品の関係を調べて、（３）それらをもとに設計図を書いて（４）一から作ってみるということですね（上田 泰己 先生のラボサイトも参照下さい）。

　まず、はじめの段階として、『システム構造同定では、生命のシステムとしてのダイナミクスは遺伝子の制御関係から始まる代謝・信号伝達系のネットワークにある程度の基盤を置くことができる』そうです。マイクロアレイ解析などがあてはまりますね。


２−３　システムバイオロジーのAGTC

　AGTCとは、以下の４つのことだそうです（北野 宏明 先生のJST研究成果も参照下さい）。

Analysis
Computing
Genetics
Technology


３−１　生命のリバースエンジニアリング

　高効率な遺伝子・代謝・信号伝達ネットワークを同定する過程で、大切な課題は２つあるそうです。

　 １：生命のリバースエンジニアリングを行う技術体系の確立
　 ２：予測能力のある理論の構築

《１：生命のリバースエンジニアリングを行う技術体系の確立》

　リバースエンジニアリングとは、すでに存在する製品を分解するなどして、その設計図を再構成したり、原理を推定したりする作業である。

（１）フォワード・キネマティックス
与えられた状態からそのシステムの挙動を予測する
（２）インバース・キネマティックス
システムの挙動に関するデータからシステムの構造とパラメータセットを推定する

《２：予測能力のある理論の構築》

例）発現プロファイルからネットワークを推定するアプローチで理論予測した場合
遺伝子回路の論理的または数学的構造を特定することは可能
→　しかしどのように実装されているかは、常に一意には決定できない


３−２　ロバスト・システムとしての生命

　大腸菌の70~80%の遺伝子は、スタビリティー（安定性）とロバストネス（頑強性）を確保するために獲得されたと考えてよいそうです。２：８の法則になっているのは、偶然でしょうか？


【参考サイト】

体内時計の同定・解析・制御・設計について分かりやすいムービーが見られます。
　→　上田 泰己 先生のラボのLSBの活動

ATGCサイクルについて解説されています。
　→　北野 宏明 先生のJST研究成果 研究最前線：コンピューター上でダイナミックな生命現象を解明


【バックリンク】

●　第47回生体医工学会大会に出席しました
●　in silico medicine 第5回　定例シンポジウムに参加しました