生物学は従来、遺伝子、タンパク質、あるいは代謝経路を一つずつ研究してきた。システム生物学はこれとは異なるアプローチをとる。生物システムの構成要素間の相互作用を全体として研究するのだ。遺伝子、タンパク質、代謝産物のネットワークがどのように連携して、単一の構成要素では説明できない挙動を生み出すのかを問う。全体は部分の総和以上のものだ。

この分野は大規模データに依存している。ゲノミクス、トランスクリプトミクス、プロテオミクス、メタボロミクスは膨大なデータセットを生成する。計算モデルはこれらのデータをネットワークやシミュレーションに統合する。モデルは、薬剤や突然変異などの摂動に対するシステムの反応を予測する。また、個々の構成要素からは明らかにならない創発的特性を特定する。

システム生物学は多くの分野で活用されています。医学分野では、単一の遺伝子ではなくネットワークに着目することで、薬剤の標的やバイオマーカーを特定します。微生物学分野では、細菌が抗生物質にどのように反応するかをモデル化します。がん研究分野では、腫瘍の増殖を促進するシグナル伝達ネットワークを研究します。生態学分野では、種間の相互作用をモデル化します。このアプローチは、包括的かつ定量的です。

課題は複雑性とデータ統合にある。生物システムはノイズが多く、動的で、状況依存的である。モデルは単純化されたものであり、異なるソースからのデータは比較できない可能性がある。しかし、システム生物学は成熟しつつあり、生物学に対する私たちの考え方を変えつつある。