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INTRODUCCIÓN

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El campo de la biología humana ha progresado en los últimos tres siglos en gran medida como resultado del enfoque reduccionista a los problemas científicos que desafían la disciplina. Los biólogos estudian la respuesta experimental de una variable de interés en una célula u organismo mientras mantienen todas las otras variables constantes. De esta manera, es posible disecar los componentes individuales de un sistema biológico y suponer que la comprensión de un componente específico (p. ej., una enzima o un factor de transcripción) proporcionará suficiente información para explicar el comportamiento global de ese sistema (p. ej., una vía metabólica o una red de genes, respectivamente). Los sistemas biológicos son, sin embargo, mucho más complejos de lo que supone este enfoque y manifiestan comportamientos que a menudo (si no invariablemente) no se pueden predecir a partir del conocimiento de sus componentes caracterizados en forma aislada. El reconocimiento creciente de esta limitación de la investigación biológica convencional ha llevado al desarrollo de una nueva disciplina, la biología de sistemas, que es definida como el estudio holístico de organismos vivos o sus componentes de redes celulares o moleculares para predecir sus respuestas a las alteraciones. Los conceptos de la biología de sistemas pueden aplicarse fácilmente a la enfermedad en seres humanos y al tratamiento y definir el campo de la patobiología de sistemas, en la cual las perturbaciones genéticas o ambientales producen enfermedad y las perturbaciones a fármacos restauran el comportamiento normal del sistema.

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La biología de sistemas evolucionó a partir del campo de la ingeniería de sistemas en el cual una colección asociada de componentes constituye una red cuya producción desea predecir el ingeniero. El simple ejemplo de un circuito electrónico se puede utilizar para ilustrar algunos conceptos básicos de la ingeniería de sistemas. Todos los elementos individuales del circuito (resistencias, condensadores, transistores) tienen propiedades bien definidas que pueden caracterizarse con precisión. Sin embargo, pueden vincularse (con cableado o configurados) de distintas maneras, cada una de las cuales produce un circuito cuya respuesta al voltaje aplicado a través de él, es diferente de la respuesta de cualquier configuración. Para predecir el comportamiento de los circuitos (p. ej., los sistemas), el ingeniero debe estudiar su respuesta a la alteración (p. ej., el voltaje aplicado a través de éste) de manera holística, más que las respuestas individuales de sus componentes a ésta. Visto de otra forma, el comportamiento resultante del sistema es mayor que (o diferente de) la simple suma de sus partes, y la ingeniería de sistemas utiliza estrategias matemáticas rigurosas para predecir estas respuestas complejas, con frecuencia no lineales. Por analogía en los sistemas biológicos, uno puede razonar que el conocimiento detallado de una sola enzima en una vía metabólica o de un solo factor de transcripción en una red de genes no proporcionará suficiente detalle para pronosticar el resultado de una vía metabólica o de una red transcripcional, respectivamente. Sólo un enfoque basado en sistemas lo logrará.

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