"An introduction to systems biology" by Uri Alon

[shvarz]

Я тут прочитал совершенно потрясающую книжку! Рекомендую всем, кто хоть чуть-чуть интересуется биологией и тем, как устроена и организована жизнь. Не смотря на то, что это учебник - написано очень легко, очень интересно и очень доступно. Особенно я ее рекомендую всяким программистам, инженерам и математикам. Они от нее получат особое удовольствие. Но и для профессиональных биологов там есть над чем задуматься, вне зависимости от уровня образования и конкретной специальности.

Все биологические системы являются тесно переплетающимися цепями, организованными согласно неким принципам. Это верно как для внутриклеточных сигнальных механизмов, так и для пищевых цепочек в экосистемах. В книге расказывается об основополагающих принципах того, как эти системы организованы, о том, какими свойствами они обладают, и почему.

Возьмем некие примитивные составляющие элементы, которые обладают двумя простыми свойствами - они могут детектировать присутствие определенного сигнала и в ответ на этот сигнал активировать или инактивировать другие элементы в системе. Оказывается, из таких элементов можно собрать очень простые и элегантные системы, которые будут обладать очень интересными свойствами. Например, не смотря на огромную вариацию в мощности входящего сигнала, выдавать достаточно стабильный выходящий сигнал. Или в ответ на постоянный входящий сигнал выдавать равномерные пульсы на выходе. Или выполнять достаточно сложные математические и логические вычисления. При этом они могут degrade gracefully, то есть при потере функциональности части своих элементов, система в целом не полностью разрушается, а лишь выполняет свои функции с меньшей аккуратностью и точностью.
Так вот, оказывается, что биологические системы с очень большой частотой используют именно такие дизайны систем, которые обладают этими свойствами. В книжке объясняются основополагающие принципы дизайна этих систем и то, почему эволюция отбирает именно их.
Отличная книга!

Comments

[overscience-mes.livejournal.com]

Недавно должен быть семинар нобелевского лауреата, под условным названием "Почему системная биология есть большой мыльный пузырь" - перенесли куда то :) Надеюсь еще доедет до нас :)
Фамилие из головы вылетело, короткое такое типа Патон ...

[shvarz.livejournal.com]

А я как раз последнее время прусь от всей этой фигни. Там, как и везде в науке, много тупиковых веток, но среди них попадаются отличные многообещающие вещи. Например, недавний анализ иммунологического ответа на Yellow Fever vaccine в паре статей - очень круто.

[overscience-mes.livejournal.com]

Мне и самой нравится, но то что все так массово прутся, как от нано-, внушает ехидство. Всем срочно понадобились факульти системные биологи, причем, сразу на профессоров полных :) А НСФ гранты на эту тему... куды? Достаточно дать им денег на компы и пусть сидят :)

[shvarz.livejournal.com]

Ну, как с любой новой областью - все боятся отстать от прогресса и оказаться irrelevant. Компы дать - это мало. Там надо сначала данные в массовом порядке собирать и аннотировать, а это очень немалых денег стоит. Соответственно потом никто этими базами данных делиться с халявщиками (имеющими только компы) не хочет.

[tea-with-milk.livejournal.com]

Урий - довольно известный системный биолог, а область действительно overrated.

Сейчас вот еще одна супер-пупер область появилась: synthetic biology. Какой-то неимоверный ажиотаж

[shvarz.livejournal.com]

А это что такое?

[avva.livejournal.com]

Вот, я как раз в этом духе хотел вопрос задать автору записи. Просто я привык - вне биологии - что прилагательное "системный" хорошо коррелирует с псевдонаучностью и запутанным бредом. Поэтому хотелось узнать, насколько он уверен, что в данном случае это не так :)

[tea-with-milk.livejournal.com]

Область все-таки правильнее переводить как "биология систем". Насколько я помню, именно по причине бессистемности системных наук, основатели области настаивали, чтобы она называлась именно systems biology, а не system biology, чтобы исключить такую ассоциацию.

К слову, пик популярности области приходился на 2003-2005 года и сейчас "пузырь" благополучно сдувается до нужных размеров.

[avva.livejournal.com]

Спасибо! Тонкость с названием области, действительно, ускользнула от моего внимания.

А саму книгу вы тоже рекомендуете или не знакомы с ней?

[tea-with-milk.livejournal.com]

В свое время книжку проглядывал вскользь на одной из конференций. Написана добротно, поэтому вероятность того что будете плюваться достаточно минимальная. Вообще от Проф. Алона ожидать некачественного материала очень сложно.

На тот случай, если вам будет интересно почитать материалы о данной области: литература по systems biology делится на три основные направления, что соответствует историческому разделению науки сей на три компоненты:

-экспериментальной (large-scale automated experiments)
-биоинформатической (networks, information integration)
-прикладной-математической (diferntial equations)

[vasja-iz-aa.livejournal.com]

Ого! Эта область биологии не только системная, оказывается, но она еще и биоинформатическая.

[shvarz.livejournal.com]

Все -omics туда относят. А один проф. недавно вообще двигал идею о том, что вся современная наука является systems biology, потому что... там дальше шли довольно сложные рассуждения, которые я не понял.

[shvarz.livejournal.com]

Нет, псевдонаучности там на мой взгляд нет никакой. Обсуждаются достаточно тривиальные вещи, которые имеют отношение к любым цепям в принципе. Типа, что такое feed-forward loop или feedback regulation, какие свойства они имеют. Но в качестве примеров используются очень хорошо известные регуляторные модели из биологии, вроде регуляции Lac оперона в E.coli.
Или, например, указывается на тот факт, что есть две почти идентичные feed-forward loops:
А активирует Б и В, Б ингибирует В
А активирует В, А ингибирует Б, Б активирует В
(надо нарисовать, сразу станет понятно, что они похожи)
Несмотря на их, казалось бы, индентичность, в сигнальных цепях E.coli первая встречается очень часто, а вторая не встречается почти никогда. Автор буквально на пальцах показывает, почему это так, чем они функционально отличаются и почему первая для биологических систем намного лучше второй.

Единственно, что может внушать подозрение в таком подходе, это попытка обобщения этих принципов на все биологические системы. Но автор достаточно аккуратно этого избегает. Указывает примеры того, как разные системы отличаются. Упоминает о том, что существует много систем, являющихся исключениями из этих правил в силу исторических эволюционных процессов. Возможно, он мог бы это проакцентировать получше, потому что у некоторых, наверно, может сложиться ощущение, что это абсолютные законы, но для меня это не было проблемой.

[avva.livejournal.com]

Спасибо! Звучит действительно очень интересно. А то, что вы ее рекомендуете инженерам, программистам итд., указывает на то, что предварительные знания в микробиологии действительно не нужны, или все же нужны?

[shvarz.livejournal.com]

На мой взгляд, практически никаких особых знаний там не нужно, он достаточно абстрагируется от реальных систем. Полезно, наверно, знать, что такое ДНК, РНК, белки и иметь прочие общие представления о молекулярной биологии, но не более того.
Инженерам я ее рекомендую потому что они будут удивлены тем, насколько биологические системы похожи на системы, с которыми они привыкли иметь дело. В них есть свой набор проблем (стохастичность, вероятностность процессов), но для этих проблем находятся очень элегантные решения.

[ygam.livejournal.com]

А Microcosm Зиммера ты читал? Это научпоп про E. coli.

Кстати, ты сейчас где? Я не слежу за вашими переездами.

[shvarz.livejournal.com]

Нет, не читал.
Мы недалеко от NYC.

[artemn.livejournal.com]

Почитаю, спасибо.

Правда, я у ентого автора ошибки в статьях находил (в одной, но грубая ошибка). Но не суть, конечно...

[shvarz.livejournal.com]

А, ну вот как раз про тех людей, которые знакомы достаточно близко с биологией систем, я и забыл. Вам, наверно, будет не очень интересно - там очень базовые вещи написаны.

[vasja-iz-aa.livejournal.com]

Я этой книги не читал, но краткое описание звучит угрожающе.

[shvarz.livejournal.com]

Я так и знал, что вы что-то подобное скажете :)

[vasja-iz-aa.livejournal.com]

Бывал ли я неправ в своих подобных комментариях?

[shvarz.livejournal.com]

good point
Может я напишу еще о чем-нибудь из этой книжки, чтобы вы смогли высказать свои сомнения по более конкретному поводу.