De biologie heeft zich van oudsher gericht op de studie van één gen, één eiwit of één signaalroute tegelijk. Systeembiologie hanteert een andere aanpak. Het bestudeert de interacties tussen de componenten van een biologisch systeem als geheel. Het onderzoekt hoe netwerken van genen, eiwitten en metabolieten samenwerken om gedrag te produceren dat door geen enkele component afzonderlijk kan worden verklaard. Het geheel is meer dan de som der delen.

Het vakgebied is afhankelijk van grootschalige data. Genomica, transcriptomica, proteomica en metabolomica genereren enorme datasets. Computationele modellen integreren die data in netwerken en simulaties. De modellen voorspellen hoe het systeem reageert op verstoringen, zoals een medicijn of een mutatie. Ze identificeren emergente eigenschappen die niet direct af te leiden zijn uit de afzonderlijke componenten.

Systeembiologie wordt op veel gebieden toegepast. In de geneeskunde worden er medicijndoelen en biomarkers mee geïdentificeerd door naar netwerken te kijken in plaats van naar afzonderlijke genen. In de microbiologie wordt er mee gemodelleerd hoe bacteriën reageren op antibiotica. Bij kanker bestudeert het de signaalnetwerken die de tumorgroei aansturen. In de ecologie worden de interacties tussen soorten gemodelleerd. De aanpak is holistisch en kwantitatief.

De uitdagingen liggen in de complexiteit en de data-integratie. Biologische systemen zijn ruisgevoelig, dynamisch en contextafhankelijk. Modellen zijn vereenvoudigingen. Gegevens uit verschillende bronnen zijn mogelijk niet vergelijkbaar. Maar de systeembiologie is in ontwikkeling en verandert onze kijk op biologie.