システム生物学

黒田 真也(生物化学専攻 教授)

生物は,細胞や分子といった互いに影響しあう要素からなる,ある種のシステムとみなすことができる。 システム生物学とは,生命現象をシステムの振る舞いとしてとらえ,その特性や動作原理を明らかにすることを目的とした,生物学の一分野である。 英語表記ではsystems biologyと複数形になるが,これは複雑な複数のシステムを扱うsystems engineeringの考え方をbiologyへ適用するという発想に基づいてこの分野が生まれたためとされている。

生命現象のシステムレベルでの理解は,古くから繰り返し試みられてきた生物学の大きな目標のひとつである。 たとえば生理学はそのような試みのひとつであるが,システムを構成する分子についての知見が少ない時代に確立されたため,システムの振る舞いに関する現象論的な解析が中心であった。 その後,生化学や分子生物学が盛んになり,さらに近年のオーミクス研究の進展などにより,遺伝子やタンパク質といったシステムの構成要素についての知見が急速に明らかになった。 システムの振る舞いと構成要素の両方の知見が蓄積されたことで,生命現象のシステムレベルでの本質的理解が初めて可能になったといえる。

システム生物学では,多数の構成要素の振る舞いを詳細に調べたうえで,それらを統合してシステムとしての特性を把握することが必要である。 このような統合的な解析を行うために,生物学に加えて工学や数学,情報科学などさまざまな分野の研究者が参加しており,実験データに即したモデル作成,シミュレーションによる分子ネットワークの特性解析,新たな実験・解析手法の開発など多様な研究が展開されている。 またタンパク質や細胞,組織といった単一階層のシステムだけでなく,これら複数の階層にまたがったシステムに関する研究も行われている。 さらにこれらの知見を製薬・医療に生かそうとする試みも活発である。 このようにシステム生物学の適用範囲は広く,今後の生物学の主流となることが期待される。