Морская среда составляет важную часть биосферы Земли. Она включает в себя несколько типов экосистем, и является источником жизни. Морские прокариотические и эукариотические организмы очень разнообразны и являются результатом сложного эволюционного развития, длящегося миллионы и миллиарды лет.
Это биологическое разнообразие, встречающееся во многих различных средах обитания, формирует различные типы абиотических и биотических взаимодействий, которые влияют на биологию организмов и функционирование экосистем.
Для лучшего понимания этих природных процессов морские ученые исторически считали ценным сбор и совокупный анализ данных, полученных на различных уровнях: молекулярном, клеточном, тканевом/органическом, индивидуальном, популяции, сообществе, экосистеме. Не менее важным является проведение междисциплинарных исследований с использованием принципов, знаний и инструментов из различных областей, включая биологию, экологию, математику, физику и, в последнее время, компьютерные науки.
Эта холистическая философия в последнее время приобретает совершенно новую перспективу в связи с появлением системной биологии. Первоначально мотивированная разработкой новых теоретических концепций, эта область быстро проявила свой интерес к пониманию биологических систем в целом, одновременно решая многие прикладные интегративные исследовательские проблемы видов - от бактерий до человека.
Благодаря своей междисциплинарной истории, морские науки сегодня также следуют этому импульсу, расширяя подходы системной биологии на более широкий круг морских (экологических) систем. Неудивительно, что, как уже отмечалось в системной биологии, эти подходы опираются на три взаимодополняющих момента.
Первый преодолевает проблему анализа высокопроизводительных экспериментов (геномы, транскриптомы, протеомы, метаболомы).
Второй объединяет гетерогенные наборы данных в уникальные интеграционные рамки, такие как сети или специальные модели, описывающие морские системы, представляющие интерес.
В третьей подчеркивается предполагаемое динамическое поведение морской системы, когда она подвергается воздействиям. Делается это благодаря специальным вычислительным методам, вдохновленным математическим и/или логическим моделированием. Морская биология, как видим, идет в ногу с развитием высоких технологий и всегда приветствует внедрению инноваций в исследовательские методы.
Интересно отметить, что по сравнению с другими природными системами, морские экосистемы, по существу, являются идеальными ориентирами для разработки подходов в области биологии новых систем, поскольку в качестве части глобального океана эти системы исторически рассматриваются как многомасштабные, и их природа позволяет воспроизводить количественные эксперименты. Таким образом, эти подходы не только позволяют получить представление о биологии морских организмов и функционировании морских экосистем, но и закладывают основу для моделирования и прогнозирования эволюции морских процессов в изменяющихся условиях окружающей среды, а также для стимулирования и обеспечения некоторых решений в интересах экономики, основанной на биотехнологии. В настоящем тематическом номере журнала "Frontiers Research", посвященном биологии морских систем, приводятся примеры системных подходов в области биологии, которые охватывают различные методологические аспекты и применяются к морским (экологическим) системам различного масштаба и сложности.
В качестве первого вклада, Лоран и др. (2014 г.) построили простую динамическую реакционную модель, имитирующую регулирование синтеза белков, и сравнили свои прогнозы с экспериментальными данными для изучения важности синтеза белков во время оплодотворения у морского ежа.
Их результаты подтверждают вовлеченность в этот физиологический процесс двух молекулярных событий: дестабилизацию комплекса, образованного белками eIF4E (фактор инициации эукариот) и 4E-BP (ингибитор инициации трансляции), и увеличение механизма деградации 4E-BP. Затем было показано, что оба действия обусловлены FRAP/mTOR белковой киназы.
Продолжение следует...