生体システムの構造と機能  運動適応変化

フィジオーム (Physiome)とは、ラテン語で自然あるいは生命を意味するphysio=lifeと、総体あるいは全体を意味するome=as a wholeをつなげた造語で、ゲノム（Genome）が遺伝子（Gene）の総体を意味し、プロテオーム（Proteome）が蛋白質（Protein）の総体を意味するように、生命あるいは生体の生理機能の総体を意味する。

ある生物個体のフィジオームは、その個体の生理的状態と機能的振舞いを記述するものである。ここで、個体の生理的状態とは、その個体を構成する物質の物理化学的状態をゲノムから、蛋白質、細胞内器官、細胞、組織、臓器、個体に至る各空間スケールにおいて表すものである。また、機能的振舞いとは、生理的状態の経時変化の様子（ダイナミクス）とその生物情報論的意義である。出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』

フィジオームプロジェクト(physiome project)

生体の機能を構成的に解析し理解しようとする観点に立ち，細胞内小器官，細胞，組織，臓器，そして個体という階層の異なる機能の総体を表現する言葉がフィジオーム(physiome)であり，各階層に属する膨大な数の機能モジュール間の相互作用として表現される複雑な生命現象を計算機によるモデルシミレシューョンよって，解析しようとする試みがphysiome projectである．（心臓のフィジオーム，岡本良夫編，森北出版株式会社，２００３）

参照 http://www3.bpe.es.osaka-u.ac.jp/~tateno/LectureResources2/Chap1_No2_17Apr2008.pdf

フィジオームプロジェクトは、フィジオームとは何か、という定義の作成を目指すプロジェクトである。フィジオームプロジェクトは黎明期にあり、現在、関連プロジェクトを推進するための国際的枠組み作りが進められている。フィジオームプロジェクトの初期の目標は、蛋白質から臓器、個体に至る生体の構造と生理機能をデータベース化および数理モデル化することである。これによって、フィジオームとは何かがより明確に定義され、生体の生理機能の統合的理解が促進される。

システム生物学(Systems Biology)

Kitano, Science (2002), Kitano System Project (ERATO, JST; www.systems-biology.org)

Systems biology is an emergent field that aims at systemlevel

understanding of biological systems.

「システム生物学とは，生物（生体）システムをシステムレベルで理解することを目指した新たに生まれた研究分野である」

Institute for systems biology( www.systemsbiology.org)

Individual elements (e.g., specific genes or proteins) and the

relationships must be determined and, once again, all of this

information integrated to obtain a view (model) of the system as a

whole.

「システム生物学では，個々の要素（特定の遺伝子やタンパク質）とその関係が決定されなければならないその後もう一度，要素間の情報が統合され，一つのシステムとしての見方が獲得されなければならない．」

独立行政法人 理化学研究所 神戸研究所 発生・再生科学総合研究センター

システムバイオロジー研究チームＨＰ

ステムレベルでの理解への４段階 (Kitano, Science 2002)

生命システムを理解するには

1. システム構造同定 ～生体システムをわかる～

遺伝子制御ネットワーク，代謝・信号伝達系ネットワーク

インバースキネマティクス，リバースエンジニアリング

⇒ システム構造の解明、メカニズムの解明

生命システムの構成要素を同定し、要素の役割・関連性を明らかにする。

2. システム解析（分析） ～生体システムを測る～

ネットワークの動特性・安定性の理解，フォワードキネマティクス

細胞レベルでの物理構造，形態，細胞種の理解

⇒ システム機能特性の解明、メカニズムの解明

構成要素の動きを定量的に測定し、生命システムの設計原理を導く

3. システム制御 ～生体システムを操る～

具体的なネットワーク制御、設計・操作手法

       ⇒ シミュレーションによる検証、外部制御

       生命システムの状態を自在に操る。

4. システム設計 ～生体システムを創る～

医学への貢献

システムやネットワークそのものを設計、創作する

       ⇒ 新たな医療薬、医療機器の開発や治療法の確立

       生命システムを創る。

Four Stages of Understanding at the Systems Level (Kitano, Science 2002) for Understanding Life Systems

System Structure Identification - Understanding the Life System

Gene control networks, metabolic and signaling system networks

Inverse kinetics, reverse engineering

⇒ Clarification of system structure, explanation of mechanisms

1. Identifying the components of the life system and clarifying the roles and relationships of the elements.

System Analysis - Measuring the Life System

Understanding the dynamic and stability characteristics of networks, forward kinetics

Understanding the physical structure, morphology, and cell types at the cellular level

⇒ Explanation of system functional characteristics, explanation of mechanisms

2. Quantitatively measuring the movement of components and deducing the design principles of the life system.

System Control - Manipulating the Life System

Specific network control, design and operation techniques

⇒ Verification through simulation, external control

3. Freely manipulating the state of the life system.

System Design - Creating the Life System

Contribution to medicine

Designing and creating the system and network itself

⇒ Development of new medical drugs, medical devices, and establishment of therapeutic methods

4. Creating life systems.