Réseaux - à la fois réelles et virtuelles - sont partout, de nos cercles de médias sociaux au réseau électrique qui fournit l'électricité. Les interactions des gènes, des protéines et d'autres molécules dans une cellule sont des exemples de réseaux, aussi. Les scientifiques qui travaillent dans une étude de biologie des systèmes de champ appelé et le graphique ci et d'autres réseaux vivants d'apprendre comment les différentes parties travaillent ensemble pour faire un ensemble fonctionnel et ce qui se passe lorsque ces systèmes dynamiques complexes vont mal.
Tout comme vous ne pouvez pas comprendre comment un poste de médias sociaux "va virale" en observant l'activité des utilisateurs individuels, les scientifiques ne peuvent pas comprendre le comportement d'une cellule ou d'un autre système biologique en étudiant ses composants individuels dans l'isolement. Mais, en combinant les données à partir d'expériences dans les systèmes vivants avec des techniques de modélisation informatiques puissants, les scientifiques peuvent explorer des questions qui pourraient être difficiles, voire impossible, de répondre par des expériences traditionnelles de laboratoire seuls - comme ce qui motive une cellule cancéreuse de se développer dans une tumeur mortelle.
Selon Aaron Brooks, un biologiste à l'Institut national de l'Institut de santé financé par la biologie des systèmes à Seattle, les réseaux sont généralement illustrés sous forme de diagrammes comprenant des «nœuds» et «bords». Les nœuds, souvent représentés sous forme de cercles représentent les objets du réseau. Les bords, souvent représentés sous forme de lignes, représentent les interactions entre ces objets.
Par exemple, le schéma du réseau dans l'image ci-dessus montre des cellules de levure (cercles superposés) et le "bavardage" biochimique entre eux (lignes) qui raconte les cellules de se rassembler en touffes. Cette agglutination les aide à survivre dans des conditions stressantes comme un manque de nutriments.
Les diagrammes de réseau fournissent plus que hub-and-spoke photos, Brooks explique. Ils peuvent donner des informations qui nous aident à mieux comprendre - et potentiellement influence - des phénomènes complexes qui influent sur notre santé. Les réseaux d'interactions médicamenteuses peuvent prédire et prévenir les combinaisons dangereuses de médicaments. Les réseaux d'interaction génique peuvent faire la lumière sur la base de traits complexes comme la sensibilité aux maladies. Et les réseaux d'interaction sociale peuvent aider à prédire comment une maladie infectieuse peut se propager et le point sur les moyens pour la contenir.
"La dynamique des réseaux nous fascinent», dit Chris Lausted, ingénieur de recherche à l'ISB. «Pour survivre, les systèmes biologiques doivent être très sensibles à certains signaux environnementaux subtils tout en tolérant des changements énormes dans d'autres. La cartographie de ces réseaux nous aide à comprendre ce qui change la cause la maladie et ce qui peut être fait pour rétablir la santé."
AuEtats-Unis Science & Engineering Festival de Washington, DC, le mois dernier, Brooks et un autre biologiste ISB, Martin Shelton, a présenté des milliers d'étudiants à certains de ces concepts. Grâce à une main-exposées parrainé par le NIH, les étudiants de première bricolé un petit réseau à quatre nœuds câblés avec des câbles optiques et des lumières. Les premiers défis étaient simples: établir une communication longue distance avec un ami ou à comprendre comment les germes et le système immunitaire interagissent pour influer sur la santé d'une personne. En supprimant des nœuds ou des liens individuels dans leurs réseaux, les participants ont pu voir comment les changements ont touché l'ensemble du réseau.
Le prochain défi est beaucoup plus grand: la conception d’un réseau de communication pour 150 villes américaines. Les systèmes ont été notés selon la façon dont ils pourraient résister à une défaillance aléatoire dans l’une des villes (un système de traits scientifiques appelle «robustesse»). Après avoir observé la structure et la performance de leurs systèmes, les ingénieurs réseau juniors pourraient voir comment leurs choix de conception par rapport à ceux des autres participants et de répéter l'activité pour gagner un score plus élevé. La combinaison des activités a donné aux étudiants une idée pour les biens - monde approches, outils et raisons pour l’étude des systèmes complexes.
«Il y avait un point, tout en marchant les enfants à travers les activités, où leurs yeux s'allument et ils sourire, et vous savait qu'ils comprenaient", a déclaré Shelton. "Je pense que beaucoup de scientifiques sont devenus des scientifiques, car ils sont tombés en amour avec ce même sentiment comme un enfant -. La joie d'apprendre quelque chose de nouveau qui change votre point de vue et la compréhension du monde autour de vous"
