Ein neues Programm am National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID) zielt darauf ab, ein besseres Verständnis der komplexen biochemischen Netzwerken, die die Wechselwirkungen zwischen infektiösen Organismen und über die menschliche oder tierische Zellen, die sie infizieren zu regulieren.
Das Programm in Systems Immunology and Infectious Disease Modeling (PSIIM) verwendet einen leistungsfähigen neuen Ansatz namens Computational Systems Biology, ein tieferes Verständnis davon, wie Krankheitserreger verursachen Krankheit und wie das Immunsystem reagiert auf sie zu entwickeln.
"Das Verständnis der gewaltigen Komplexität biologischer Systeme ist die größte Herausforderung und auf dem neuesten Stand der Wissenschaft im 21. Jahrhundert", sagt NIH-Direktor Elias A. Zerhouni, MD "Die Schaffung dieses Programms wird die intramuralen Forschungsprogramm hier stärken auf der NIH-Campus. "
Die Fülle von Informationen über das menschliche Genom in den letzten Jahren gewonnenen hat viele der Gene, Proteine und andere Moleküle in verschiedenen biologischen Systemen beteiligt sind. Aber das Verständnis, wie diese Stücke zusammen arbeiten, um die komplexen physiologischen und pathologischen Verhaltens von Zellen und Organismen zu produzieren ist nicht gut verstanden. Das Ziel der PSIIM, die Bestandteil des NIAID der Abteilung für Interne Research (DIR) unter der Führung des Immunologen Ronald N. Germain, MD, Ph.D., ist ein Weg, wie ganze Systeme von Molekülen, Zellen fragen erstellen und Geweben interagieren während einer Immunantwort oder wenn sie mit einem Erreger konfrontiert.
"Die Idee des PSIIM", sagt NIAID Direktor Anthony S. Fauci, MD, "ist die Systembiologie zu verwenden, um den Wissenschaftlern ermöglichen, sehr groß Fragen zu stellen sie möglicherweise nicht in der Lage, in vollem Umfang selbst-Adresse vor ein paar Jahren haben -: wie wie infektiöse Organismen eindringen menschlichen Zellen, wie die Toxine verursachen sie Zell-und Gewebekulturen Zerstörung produzieren und wie diese Erreger zu umgehen oder zu manipulieren die Immunantwort. "
"Sobald wir diese Wechselwirkungen zu verstehen, können wir strategische Entscheidungen über den Umgang mit Infektionskrankheiten Pathologie oder wie Immunantworten zur besseren Bekämpfung von Infektionen direkt eingreifen zu machen", sagt DIR Director Kathryn C. Zoon, Ph.D., fügte hinzu, dass diese neuen Erkenntnisse kann als Ausgangspunkt für die Entwicklung neuer Medikamente gegen Krankheiten oder der Entwicklung neuer Impfstoffe behandeln zu dienen.
Durch Ihre Computer-Modelle von komplexen molekularen Wechselwirkungen Netzwerke, wird PSIIM Ermittler in der Lage sein, die Biologie von Zellen, Geweben und schließlich Organismen zu simulieren. Das Programm wird auch state-of-the-art experimentelle Ansätze, um zu bestimmen, wie eng diese Simulationen reale Verhalten vorherzusagen. Wie die Modelle zu verbessern, sollten die Wissenschaftler die Fähigkeit erlangen, um vorherzusagen, wie Drogen und andere Interventionen wird eine Zelle oder eines Organismus auswirken und ob solche Behandlungen werden durch den Host toleriert werden, während sie den Erreger zu bekämpfen. Obwohl die meisten Studien mit weniger gefährlichen Krankheitserregern, spezielle Einrichtungen in den neuen CW Bill Young Center for Biodefense and Emerging Infectious Diseases in NIH durchgeführt wird ermöglicht PSIIM Wissenschaftler auf solche Fragen mit Mikroben, die Krankheiten wie Milzbrand, virulent Formen der Ursache zu untersuchen Influenza, Tularämie und Pest. Das Programm fördert die Zusammenarbeit zwischen NIAID Forscher und andere Wissenschaftler aus inner-und außerhalb NIH bei den Bemühungen um ein besseres Verständnis von Infektionskrankheiten und das Immunsystem.
Die Eckpfeiler der PSIIM Forschungsprojekt ist ein Software-Paket namens Simmune, die Biologen ermöglicht, viele Arten von biologischen Systeme zu modellieren. Erstellt von NIAID Wissenschaftler Martin Meier-Schellersheim, Ph.D., und seine Kollegen, ermöglicht die Software ein Wissenschaftler auf eine einfache grafische Benutzeroberfläche auf einfache Weise definieren die Wechselwirkungen zwischen einzelnen Molekülen in einem großen Netzwerk, oder das Verhalten von Zellen in Reaktion auf externe Signale. Sobald ein Wissenschaftler Eingänge quantitative Informationen, die von Labor-Messungen erhalten, können Simmune dann simulieren das Verhalten des gesamten Signalisierungs-Netzwerk oder einer ganzen Zelle. Die Software tut dies durch die automatische Erstellung eines mathematischen Modells mit besonderen Gleichungen und dann die Lösung dieser Gleichungen für die spezifischen Bedingungen der Anwender in das Programm eingegeben.