System Biology

System Biology
เป็นการนำความรู้สหสาขาวิชาทางด้านชีววิทยา รวบรวมไว้เป็นระบบเดียวโดยแสดงความสัมพันธ์ระหว่างกันทั้งนี้เพื่อให้สามารถเข้าใจการทำงานโดยตลอดตั้งแต่ระดับ molecular level จนถึงระดับ organism level(ตั้งแต่ระดับ DNA จนถึงเป็น ตัวบุคคล) ดังรูป 1

ตัวอย่างเช่น โรคธาลัสซีเมียชนิดเบต้า (β thalassemia major)
Ø DNA & RNA level: เกิดจาก mutation ของ β globin gene
Ø Proteins level: ทำให้เสร้าง β globin ที่ผิดปกติ
Ø Cells level: เม็ดเลือดแดงรูปร่างผิดปกติ และปริมาณน้อยลง
Ø Tissues & Organs level: ตับ-ม้ามโต เซลล์ไขกระดูกเพิ่มปริมาณขึ้นเพื่อชดเชยที่ถูกทำลายไป
Ø Organ system level: นำไปสู่อาการทาง clinic เช่น ซืด, เหนื่อยง่าย, รูปหน้าผิดปกติ, ภาวะเหล็กเกิน (จากที่ต้องรับโลหิตในภาวะซืด)
เกิดภาวะ ตับแข็ง, เบาหวาน ตามมา
Ø Organism level: วินิจฉัยว่าเป็น โรคธาลัสซีเมีย ซึ่งอาจนำไปสู่การเสียชีวิตก่อนวัยอันควร

จะเห็นได้ว่า System biology เป็นการอธิบายความผิดปกติในระดับ DNA เชื่อมโยงความสัมพันธ์ขึ้นไปในระดับที่ใหญ่ขึ้นไปตามลำดับ จนท้ายที่สุดนำไปสู่การแสดงออกของโรค ดังตัวอย่างข้างต้น
ทั้งนี้การที่จะเชื่อมโยงความสัมพันธ์ดังกล่าวทำได้ยากเนื่องจากการศึกษาที่ผ่านมาจะเป็น
การศึกษาแยกส่วน กล่าวคือ
· Genomic ศึกษาแต่เฉพาะ DNA sequence
· Transcriptonomic ศึกษาแต่เฉพาะ DNA expression (RNA)
· Proteomic ศึกษาแต่เฉพาะ protein (function & structure) เป็นต้น

ดังนั้นจึงมีผู้ที่คิดใช้ความรู้ทาง คณิตศาสตร์ และ computer engineering เข้ามาช่วยในการเชื่อมโยงความสัมพันธ์ดังกล่าว โดยแปลงข้อมูลในแต่ละการศึกษาให้อยู่ในรูปแบบที่สามารถคำนวณได้และให้ computer เป็นผู้ประมวลความสัมพันธ์และแสดงผลออกมา ดังรูป 2,3

(หมายเหตุ: การรวบรวมข้อมูลในแต่ละสหสาขาวิชาทางชีววิทยาจะใช้ Bioinformatics เข้าช่วย)

ในยุคปัจจุบันที่การศึกษาทางด้านชีวโมเลกุล (Molecular biology) มีความก้าวหน้าไปมาก อุปกรณ์เครื่องมือที่ใช้ในการวิเคราะห์วิจัยรวดเร็วและมีประสิทธิภาพมากขึ้น เช่น DNA sequencing, Micro array, Mass spectrometry, NMR เป็นต้น ดังในตาราง 1
ดังนั้นการเชื่อมโยงความสัมพันธ์ระหว่างข้อมูลในแต่ละส่วนจะเป็นกุญแจที่ใช้ในการตอบคำถาม ที่การศึกษาแยกส่วนไม่สามารถตอบได้ในหลายกรณีในขณะนี้ เพราะสามารถเห็นความสัมพันธ์ทั้งหมด
เป็นองค์รวมนั่นเอง

การประยุกต์ใช้ (application)
1. เพื่อเชื่อมโยงหน้าที่การทำงานของโปรตีนและสร้างเป็นแผนผัง (pathway) ดังรูป 4

2. Hyperquatitative Tissue Analysis (HTA) เป็นการเชื่อมโยงการอ่านชิ้นเนื้อ (microscopic tissue pathology) เข้ากับการดู genes expression (Micro array) ในเวลาเดียวกัน ทั้งนี้เพื่อเพิ่มความแม่นยำในการวินิจฉัย

ดังรูปที่ 5
ในอนาคตหาก system biology พัฒนามากขึ้น สามารถนำประยุกต์ใช้เข้ากับการรักษาในปัจจุบัน (clinical implementation) โดยการรักษาจะไม่ถูกจำกัดอยู่แค่การใช้เครื่องมือที่ประเมินในระดับอวัยวะ, ชิ้นเนื้อ หรือการทำงานในระดับมหภาค (CT, Ultrasound, MRI, EKG, Tissue pathology) แต่จะเป็นการนำเอาเครื่องมือที่ประเมินในระดับโมเลกุล (DNA-RNA array) ผนวกเข้าด้วยกันทำให้การวินิจฉัยและ การรักษาถูกต้อง, แม่นยำ และมีประสิทธิภาพมากขึ้น ดังรูป 6

นอกจากการประยุกต์ใช้ทางการแพทย์แล้ว system biology ยังสามารถใช้เชื่อมโยงกับ biology สาขาอื่น (Zoology, Environment, Food, Energy etc.) เข้าด้วยกันเพื่อเห็นความสัมพันธ์ระหว่าง
สิ่งแวดล้อมกับมนุษย์ จนถึงระดับ Biosphere ได้อีกด้วย ดังรูป 7

รายชื่อสมาชิก กลุ่ม 2

นพ. อภิรมย์ วงศ์สกุลยานนท์

พญ. ชนัดดา ด่านพิษณุพันธ์

นส. ศิริวิมล ฤาชา

นส. ศราวัลย์ จันทร์เทศ

นาย ปฐมพงษ์ สถาพรพงษ์

นส. ปัทมวรรณ ประไพทอง

นาย สุรพงษ์ คล้ายบุตร

นาย ณัฐพล พงษ์ประสิทธิ์