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16.14: Einführung in die Systemintegration - Biologie

16.14: Einführung in die Systemintegration - Biologie


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Diskutieren Sie, wie verschiedene Körpersysteme miteinander interagieren

Wie wir gelernt haben, sind unsere Körper komplizierte Systeme, die aus Zellen, Geweben, Organen und Organsystemen bestehen. In diesem Abschnitt lernen wir, wie Systeme zusammenarbeiten und lernen einige wesentliche Lebensfunktionen kennen, die die Arbeit mehrerer Körpersysteme erfordern.

Was Sie lernen werden

  • Diskutieren Sie, wie verschiedene Körpersysteme miteinander interagieren
  • Erklären Sie, wie verschiedene Organsysteme zueinander in Beziehung stehen, um die Homöostase aufrechtzuerhalten
  • Erklären Sie, wie verschiedene Organsysteme zusammenarbeiten, um den Gehalt an gelösten Stoffen im Blut aufrechtzuerhalten

Aktivitäten lernen

Die Lernaktivitäten für diesen Abschnitt umfassen Folgendes:

  • Wie Körper funktionieren
  • Aufrechterhaltung der Homöostase
  • Kalzium- und Glukosespiegel im Blut
  • Selbstcheck: Integration von Systemen

Department of Biology and Center for Genomics and Systems Biology, New York University, New York, NY, USA

Departamento de Genética Molecular y Microbiología, Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile

Department of Biology and Center for Genomics and Systems Biology, New York University, New York, NY, USA

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Departamento de Genética Molecular y Microbiología, Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile

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Integration von Omics-Ansätzen und Systembiologie für klinische Anwendungen

Dieses Buch stellt verschiedene Omics-Plattformen mit hohem Durchsatz vor, die zur Analyse von Gewebe, Plasma und Urin verwendet werden. Der Leser wird in die neuesten analytischen Ansätze (Probenvorbereitung und Instrumentierung) in Bezug auf Proteomik, Peptidomik, Transkriptomik und Metabolomik eingeführt. Darüber hinaus hebt das Buch innovative Ansätze hervor, die Bioinformatik, Urin-miRNAs und MALDI-Gewebebildgebung im Kontext klinischer Anwendungen nutzen. Besonderer Wert wird auf die Integration von Daten aus diesen verschiedenen Plattformen gelegt, um die molekulare Landschaft von Krankheiten aufzudecken. Die Relevanz jedes Ansatzes für das klinische Umfeld wird erläutert und zukünftige Anwendungen für die Patientenüberwachung oder -behandlung werden diskutiert.

Integration von Omics-Ansätzen und Systembiologie für klinische Anwendungen gibt einen Überblick über die neuesten Omics-Techniken. Diese Methoden werden eingesetzt, um das umfassende molekulare Profil biologischer Proben zu erhalten. Darüber hinaus werden Computerwerkzeuge verwendet, um diese Daten aus mehreren Quellen zu organisieren und zu integrieren, um molekulare Modelle zu entwickeln, die die Pathophysiologie von Krankheiten widerspiegeln. Als Testfälle dienen die Untersuchung der chronischen Nierenerkrankung (CKD) und des Blasenkrebses. Diese stellen multifaktorielle, sehr heterogene Krankheiten dar und gehören zu den bedeutendsten Gesundheitsproblemen in entwickelten Ländern mit einer rasch alternden Bevölkerung. Das Buch präsentiert neuartige Erkenntnisse über CKD und Blasenkrebs, die durch die Omics-Datenintegration gewonnen wurden, als ein Beispiel für die Anwendung der Systembiologie im klinischen Umfeld.

  • Beschreibt eine Reihe modernster Omics-Analyseplattformen
  • Deckt alle Aspekte des systembiologischen Ansatzes ab – von der Probenvorbereitung über die Datenintegration bis hin zur bioinformatischen Analyse
  • Enthält konkrete Beispiele für Omics-Methoden, die bei der Untersuchung menschlicher Krankheiten (Chronische Nierenerkrankung, Blasenkrebs) angewendet werden

Integration von Omics-Ansätzen und Systembiologie für klinische Anwendungen wird ein breites Spektrum von Wissenschaftlern ansprechen, darunter Biologen, Biotechnologen, Biochemiker, Biophysiker und Bioinformatiker, die an den verschiedenen molekularen Plattformen arbeiten. Es ist auch ein ausgezeichneter Text für Studenten, die sich für diese Gebiete interessieren.

Autor Bios

ANTONIA VLAHOU ist Co-Direktor der Proteomics Research Unit der Biomedical Research Foundation, Academy of Athens.

FULVIO MAGNI ist ordentlicher Professor an der Fakultät für Medizin und Chirurgie der Universität Milano-Bicocca.

HARALD MISCHAK ist Professor für Proteomik und Systemmedizin an der University of Glasgow und Direktor der Mosaiques-Diagnostik.

JEROME ZOIDAKIS ist Research Scientist an der Proteomics Research Unit der Biomedical Research Foundation, Academy of Athens.


Dr. Erich Baker

Dr. Baker treibt die Forschung in der Bioinformatik weiter voran. Sein früher Hintergrund in der Laborwissenschaft im Bereich der Immunologie und eine transformative Postdoc-Stelle in der frühen Genomintegration mit besonderem Schwerpunkt auf Berechnung, Datenintegration und -harmonisierung geben Dr. Baker einen breiten Hintergrund in Systembiologie, Datenmanagement und Bioinformatik. Sein Fokus als PI-, Co-PI- oder Co-Investigator bei mehreren großen verteilten Informatik- und Data-Mining-Projekten war entscheidend für die Etablierung von Best Practices in der Multi-Domain-Datenintegration und verteilten Kollaborationen und der Untersuchung neuartiger Algorithmusansätze bei der Erforschung von a Vielfalt omischer Datensätze. Die aus diesen Erfahrungen resultierenden Anwendungen umfassen gut dokumentierte LIMS- und Datenintegrationssysteme, die versuchen, die Daten und Analysewerkzeuge der Biologie den Fachexperten näher zu bringen.

Letzte Kurse

Zeitschriftenpublikationen auswählen

  • Reynolds, Timothy, Johnson, Emma C., Huggett, Spencer B., Bubier, Jason A., Palmer, Rohan HC, Agrawal, Arpana, Baker, Erich J., Chesler, Elissa J. Interpretation of psychiatric genom-wide Association Studies mit heterogener funktioneller genomischer Datenintegration mehrerer Arten. Neuropsychopharmakologie (2020) 0:1–12 https://doi.org/10.1038/s41386-020-00795-5.
  • Hill, DP, Harper, A., Malcolm, J., McAndrews, MS, Mockus, SM, Patterson, SE, Reynolds, T., Baker, EJ, Bult, CJ, Chesler, EJ, & Blake, JA (2019) . Cisplatin-resistente dreifach-negative Brustkrebs-Subtypen: Mehrere Resistenzmechanismen. BMC Cancer, 19(1), 1039. https://doi.org/10.1186/s12885-019-6278-9.
  • Jason Bubier, David Hill, Gaurab Mukherjee, Timothy Reynolds, Erich J. Baker, Alexander Berger, Jake Emerson, Judith A Blake, Elissa J. Chesler. Kuratieren von Gensets: Herausforderungen und Chancen für die integrative Analyse. Datenbank. Band 2019. 2019, baz036, https://doi.org/10.1093/database/baz036.
  • Bubier, Jason, Sutphin, George, Reynolds, Timothy, Korstanje, Ron, Fuksman-Kumpa, Axis, Baker, Erich, Langston, Michael und Chesler, Elissa. Die Integration heterogener funktioneller Genomdaten in die Gerontologieforschung identifiziert Gene und Wege, die dem Altern bei verschiedenen Arten zugrunde liegen. PLoS ONE 14(4): e0214523. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0214523.
  • Moore, Sharon, Baker, Erich, Grant, Kathy, Gonzales, Steven, Zollinger, Elizabeth und Radunskaya, Ami. Zeit für einen Drink? Ein mathematisches Modell des Alkoholkonsums nicht-menschlicher Primaten. Frontiers in Angewandter Mathematik und Statistik. 22. Februar 2019 5. https://doi.org/10.3389/fams.2019.00006.
  • Dozier BL, Stull CA, Baker EJ, Ford MM, Jensen JP, Finn DA und Grant KA. Chronisches Alkoholtrinken nimmt während der lutealen Menstruationszyklusphase bei Rhesusaffen zu: Implikationen von Progesteron und verwandten Neurosteroiden. Psychopharmakologie (Berl). 2019 Jan. 15. S. 1-12. doi: 10.1007/s00213-019-5168-9.
  • Phillips, Charles, Wang, Kai, Baker, Erich, Bubier, Jason, Chesler, Elissa und Langston, Michael. Über das Finden und Aufzählen maximaler und maximaler k-partiter Cliquen in k-partiten Graphen. Algorithmen. 2019, 12(1), 23. https://doi.org/10.3390/a12010023.

Ausgewählte Konferenzbeiträge und Poster

  • Reynolds, T., Bubier, J. A., Agrawal, A., Baker, E. J., &. Chesler, E. J. Integrative Cross-Species-Analyse deckt konvergente genomische regulatorische Merkmale auf, die mit komplexen Erkrankungen verbunden sind. NIDA Genetics and Epigenetics Cross-Cutting Research Team Meeting, Rockville, MD. Januar 2019.
  • Reynolds, T., Emerson, J., Berger, A., Bubier, J., Baker, E. J., & Chesler, E. J., GeneWeaver.org: A RESTful service for multi-species data integration in Functional Genomics. Intelligente Systeme für die Molekularbiologie, Basel, Schweiz. August 2019.
  • Moore, A. Radunskaya, E. Zollinger, N. Walter, K. Grant, E. Baker. Ein mathematisches Modell der Ethanolkonzentration im Blut bei Rhesusaffen. 42. wissenschaftliche Jahrestagung der RSA, Minneapolis, MN. ACER 2019.43. Ausgabe-s1. doi.org/10.1111/acer.14056.
  • Pablo Rivas, Sharon Moore, Urszula Iwaniec, Russell Turner, Kathy Grant und Erich Baker. Optimierung der Support-Vektor-Maschinenanalyse in biologischen Datensätzen geringer Dichte. IEEE, 2018 International Conference on Computational Science and Computational Intelligence (CSCI). Vorabdruck: https://www.rivas.ai/pdfs/rivas2018optimizing.pdf DOI 10.1109/CSCI.2018.00262.
  • J. Chesler, T. Reynolds, J. A. Bubier, C. A. Phillips, M. A. Langston, E. J. Bäcker. Auffinden konvergenter Verhaltensmerkmale von Alkoholkonsumstörungen durch funktionellen Genomvergleich zwischen verschiedenen Arten. 41. RSA-Jahrestagung, San Diego, CA. ACER 2018.65. Ausgabe-s1.
  • EJ Baker, SE Moore, Waltern N., Gonzalas S, Grant K. Ausgeprägte Ethanolverbrauchsmuster im Monkey Schedule-Induced Polydipsia Model. 41. RSA-Jahrestagung, San Diego, CA. ACER 2018. 330.Ausgabe-s1.
  • Moore S. E., Radunskaya A., Zollinger E., Walter N., Grant K. und Baker, E. Simulation of Non-Human Primate Alcohol Consumption. 41. wissenschaftliche Jahrestagung der RSA, San Diego, CA. ACER 2018. 755.Ausgabe-s1.

SM Ashiqul Islam, Christopher Michel Kearney, Ankan Choudhury und Erich J. Baker. 2017. Proteinklassifizierung mit modifizierten N-Gram- und Skip-Gram-Modellen: Extended Abstract. In Proceedings of the 8th ACM International Conference on Bioinformatics, Computational Biology, and Health Informatics (ACM-BCB ’17). ACM, New York, NY, USA, 586-586. DOI: https://doi.org/10.1145/3107411.3108193

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Akademische Spezialisierung:

Dr. Bakers Forschung konzentriert sich auf Bioinformatik, Genomik, Computersystembiologie, wissensbasierte Entdeckung, Systemmodellierung und integrative Datenanalyse.


Systembiologie, Systemmedizin, Systempharmakologie: Das Was und das Warum

Die Systembiologie ist heute eine so weit verbreitete Disziplin, dass es schwierig wird, eine klare Definition dessen vorzuschlagen, was sie wirklich ist. Für einige bleibt es auf das genomische Feld beschränkt. Für viele bezeichnet es den integrierten Ansatz oder das Korpus von Computermethoden, die verwendet werden, um die riesige Menge an biologischen oder medizinischen Daten zu verarbeiten und die Komplexität des Lebendigen zu untersuchen. Obwohl es schwierig sein mag, die Systembiologie zu definieren, ist ihr Ziel andererseits klar: Die Systembiologie mit ihren aufstrebenden Teilgebieten Systemmedizin und Systempharmakologie zielt eindeutig darauf ab, komplexe Beobachtungen/experimentelle und klinische Datensätze zu verstehen, um unser Verständnis von Krankheiten zu verbessern und ihre Behandlungen, ohne den Kontext, in dem sie erscheinen und sich entwickeln, beiseite zu legen. In diesem kurzen Überblick möchten wir uns mit den neuen theoretischen Werkzeugen und Ansätzen, die im Zusammenhang mit Krebs entwickelt wurden, speziell auf diese neuen Teilgebiete konzentrieren. Die Systempharmakologie und -medizin machen nun Hoffnung auf wesentliche Verbesserungen in der Krebstherapie und machen die personalisierte Medizin realitätsnäher. Wie wir sehen werden, besteht die aktuelle Herausforderung darin, die klinische Praxis entsprechend dem Paradigmenwechsel der Systemwissenschaften verbessern zu können.

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BPEL. Die Geschäftsprozessausführungssprache ist eine Spezifikation, die entwickelt wurde, um die Orchestrierung von Webdiensten auf hoher Ebene zu unterstützen. Das Herzstück der BPEL-Spezifikation ist die Skriptsprache, die definiert, wie Dienste und von ihnen erzeugte Daten miteinander verknüpft werden. Diese Spezifikation ist umfangreich genug, um die meisten Arbeitsabläufe zu ermöglichen und definiert sowohl, wie Methodenaufrufe und Daten verknüpft werden, als auch wie Webdienste koordiniert werden sollten (z. B. Parallelität, Auswahlmöglichkeiten, sequentielle Operationen). Die Spezifikation definiert auch Erweiterungen der WSDL, die verwendet werden können, um Verbindungen zwischen Diensten anzugeben (die dynamisch durch UDDI-Abfragen ermittelt werden können). Es stehen eine Reihe von Implementierungen zur Verfügung, darunter auch solche, die unter JBOSS [22] und ODE von Apache [23] laufen. Informationen zur Spezifikation finden Sie bei OASIS.

CORBA. Die Common Object Request Broker-Architektur unterstützt die Interoperabilität zwischen verteilten Prozessen (Anwendungen). Im Zentrum der Architektur steht ein ORB (Object Request Broker), der sowohl Daten marshallt als auch die Kompartimentierung (um den Aufruf bestimmter Threads usw. zu ermöglichen) zwischen den verschiedenen Prozessen steuert. Die Spezifikation wurde von der OMG definiert und ORBS sind für die meisten Plattformen verfügbar.

DAS. Das Distributed Annotation System [24] definiert ein Protokoll zum Abrufen von Annotationen aus Genomen. Anfragen werden mit http-Kodierung gesendet, die ein XML-Dokument zurückgibt. Es stehen eine Reihe von Clients und Servern zur Verfügung und es wird in einer Reihe von großen Genomprojekten (z. B. Ensembl) verwendet.

DBMS. Ein Datenbankmanagementsystem ist die Umgebung, in der Datenbankinstanzen vorhanden sind. Ein DBMS bietet einen einheitlichen Rahmen, der verwendet werden kann, um die physischen (Tablespaces), konzeptionellen (logische Schemata) und externen (Views) von Datenbanken zu steuern.

DCOM. Bietet eine Möglichkeit, verteilte Aufrufe zwischen COM-Objekten (Component Object Model) durchzuführen. Thread-Unterteilung und -Marshalling (unter Verwendung von Low-Level-XML-Austausch) werden automatisch gehandhabt. Für Anwendungsentwickler wurde dies durch .NET Remoting weitgehend abgelöst.

EJB. Ein Enterprise Java Bean (EJB) ist eine serverseitige Komponente, die in einem EJB-Container lebt. Es gibt verschiedene Arten von EJBs, und jede hat einen anderen Zweck: Entity-Bohne der als Datencache aus einem zugrunde liegenden Datenspeicher dient, wird dieser für die Transformations- und Datenintegrationslogik verwendet a Sitzungsbohne die normalerweise verwendet wird, um Anwendungslogik zu speichern, die mit Informationen kommuniziert, die in Entity-Beans gespeichert sind a zustandslose Session-Bean die typischerweise eine einfache zustandslose Logik darstellen und im Allgemeinen als Endpunkte für Dienste auf hoher Ebene fungieren und a Nachricht Bohne die verwendet wird, um Nachrichten zwischen den anderen Beans zu übergeben. Der EJB 3.0-Standard (2006) stellte eine große Veränderung dar, da die Komplexität der Entwicklung von EJBs für die meisten Projekte hinderlich war, so dass ein vereinfachter Prozess zum Erstellen von EJBs skizziert wurde (durch die Verwendung von Detachment, Dependency Injection und Aspekten). Vollständige Details sind von Sun [25] erhältlich.

EJB-Container. Der EJB-Container steuert den Lebenszyklus der Bean, erleichtert den Zugriff auf Kerndienste und verwaltet serverbasierte Ressourcen. Die Dienste, die über einen EJB-Container verfügbar sind, bieten: Sicherheitsmanagement, einschließlich Methodenebene und ACL-Transaktionsmanagement, einschließlich 2-Phasen-/Verteiltes-Commit-Lebenszyklusmanagement, einschließlich Pooling von Bean-Instanzen und Auslagern von Beans in/out (persistent) des Speichers für das Ressourcenmanagement Namens-/Verzeichnisverwaltung, typischerweise durch JNDI-Persistenzverwaltung unter Verwendung von ORM-Tools wie Hibernate Remote Access Management, sodass auf die Bean über RMI-IIOP/CORBA und Webservices und eine Reihe von Hilfsdiensten (z. B. Mailing, Clustering, Caching, Überwachung). Ein weit verbreiteter und kostenloser Container ist JBOSS [26].

I3C. Das I3C war eine kurzlebige, kommerziell geführte Organisation, die gegründet wurde, um Aspekte der Life-Science-Informatik zu standardisieren. Die Organisation wurde von Oracle, Sun und IBM geleitet. Das I3C hat die Verwendung von LSIDs gefördert, die von der OMG übernommen wurden.

IDL. Die Interface Definition Language formalisiert die Remote-Schnittstellen, auf die über CORBA zugegriffen werden kann. IDL hat sich mit dem Aufkommen von Wertüberschreitungen und Komponenten (Facetten) erheblich weiterentwickelt. Eine WSDL dient demselben Zweck für Webdienste.

JCR. Das Java Content Repository ist ein spezifischer Java-Standard (JSR-170) zum Definieren der Schnittstelle zu einem Content Repository. Ein Content-Repository ist ein flexibles System, das normalerweise für eine bestimmte Verwendung angepasst wird. Wenn es angepasst wird, wird es als Content Management System (CMS) bezeichnet. Es stehen eine Reihe von Implementierungen zur Verfügung, darunter Jackrabbit, das über Apache lizenziert wird [27].

LSID. Der Life Science Identifier Standard [28] bietet eine konkrete Definition und Implementierung einer URN. Die LSID-Spezifikation beschreibt, wie die URN durch die Verwendung einer „Autorität“ in zwei Orte (die Daten und die Metadaten) aufgelöst wird. Auf diese Weise fungiert die Behörde als Register. Die abgerufenen Dokumente werden als Objekte und eine zugehörige RDF-Datendatei zurückgegeben, die die Metadaten codiert. Der Standard umfasst auch viele Aspekte der Nutzung von URNS und enthält Spezifikationen für zugehörige Dienste (z. B. Zuweisung). Details zur Spezifikation und Implementierungen sind verfügbar [29].

LSR. Die Life Science Research Gruppe der OMG [4] definiert Standards im „vertikalen“ Life Science Bereich. Das Gremium hat eine Reihe von Standards definiert und verabschiedet. Diese Normen decken ein breites Spektrum von Bereichen ab (ua „Reihenfolge“ und „Literatur“).

MDA. Eine modellgetriebene Architektur ist eine Architektur, bei der das dem System zugrunde liegende Modell sprachunabhängig definiert ist und die entsprechenden Dienste/Klassen automatisch aus diesem Modell herausgeschoben werden. Normalerweise ist das Modell in UML definiert und XMI wird verwendet, um automatisch Stubs/Skelette zu generieren, die verwendet werden können, um Implementierungen des Modells bereitzustellen.

MIDL. Die Microsoft Interface Definition Language dient einem ähnlichen Zweck wie IDL, basiert jedoch im Allgemeinen auf der Angabe der Remoteprozeduraufrufschnittstelle, die zwischen COM-Komponenten verwendet wird.

.NET-Remoting. Das .NET-Framework bietet einen Mechanismus zum Ausführen von Remoteaufrufen namens Remoting. Remoting enthält viele nützliche Funktionen für die Entwicklung verteilter Systeme, darunter: Lifecycle Management, damit verteiltes Verhalten/GC und Leasing gesteuert werden können Protokollunterstützung für binäre Socket-basierte Kommunikation und andere Streams und Spezifikation des Verhaltens eines Remote-Dienstes/ Objekt (zB Singleton).

ODBC/OLEDB. Die Open Database Base Connectivity ist eine Definition der Schnittstelle, die von einem DBMS präsentiert wird. Die ODBC-Spezifikation ist gut etabliert und bietet Brücken zu anderen Technologien (einschließlich JDBC). Die OLEDB ist eine Erweiterung des ODBC und bietet umfangreichere Funktionen.

OMG. Die Object Management Group [30] ist ein offenes gemeinnütziges Standardisierungsgremium. Die OMG hat eine Reihe von horizontalen (z. B. Trader Service, Naming Service, Event Service) und vertikalen (siehe LSR [4]) Standards für die Verwendung mit CORBA erstellt.

EULE. Die Web Ontology Language ist eine RDF-Beschreibung einer zugrunde liegenden Datenressource. Die Ontologie beschreibt die durch einen Webservice erzeugten Datenelemente sowie die Beziehungen zwischen ihnen. Details sind beim W3C erhältlich [31].

RDF. Das Resource Description Framework ist ein W3C-Standard (WWW-Konsortium) zur Beschreibung von im Web verfügbaren Ressourcen. RDF bildet die Grundlage formalisierter Beschreibungen von Diensten (z. B. OWL) und kann in Verbindung mit erweiterbaren Metadatenbeschreibungen (z. B. Dublin Core [32]) verwendet werden. RDF besteht aus einer Reihe verbundener Tripel, sodass komplexe Darstellungen als Graph konstruiert werden können. Details sind beim W3C erhältlich [33].

SICH AUSRUHEN. Representational State Transfer (REST) ​​[34] kann als Alternative zu SOAP angesehen werden, ist aber wesentlich einfacher zu implementieren. REST verwendet bereits vorhandene Technologien als Grundlage für das Protokoll (z. B. „das Web ist die Plattform“). Es gibt einige Verwirrung darüber, was einen Restful-Dienst darstellt und nicht nur eine HTTP-codierte Anforderung für ein XML-Dokument. True REST basiert auf den Verb-/Nomen-/Typ-basierten Aufrufen, bei denen Sie eine Operation (Verb z. B. POST, GET, PUT und DELETE) auf eine URI (Substantiv) mit einer bestimmten Ansicht (Typ) anwenden.

RMI. Remote Method Innovation ist eine Java-to-Java-Lösung für die Kommunikation zwischen verteilten Java-Threads/-Anwendungen. RMI verwendet eine Reihe von Abstraktionsschichten (Remote Reference Layer/RRL und Transport Layer), dies hat eine Reihe von Vorteilen, einschließlich der Tatsache, dass verschiedene zugrunde liegende Protokolle verwendet werden können, um die Kommunikation tatsächlich bereitzustellen (z. B. IIOP). Marshalling erfolgt durch Serialisierung, Leasing ist verfügbar und verteilte GC wird unterstützt. RMI ist ein bequemes, aber nicht interoperables Protokoll.

SOA. Eine serviceorientierte Architektur besteht aus lose gekoppelten föderierten Diensten. Diese Dienste sind in der Regel kaum miteinander verknüpft und werden im Allgemeinen dynamisch mithilfe eines Registrierungssystems oder ähnlichem erkannt. SOAs erfreuen sich in vielen Unternehmen wachsender Beliebtheit, da sie unterschiedlichen Gruppen einen praktischen Mechanismus zum Austausch von Informationen/Prozessen bieten.

SEIFE. SOAP ist ein Protokoll zum Senden von Anfragen an Remotedienste, um strukturierte Daten zurückzugeben. Es wurde entwickelt, um ein beliebiges High-Level-Protokoll zu verwenden, das das Senden von Informationen unterstützt, und wird hauptsächlich mit HTTP verwendet. Ähnlich wie bei CORBA ist die Interoperabilität der große Vorteil von SOAP, und (im Gegensatz zu CORBA) hat SOAP den Vorteil, dass es einfach zu entwickeln und zu testen ist. Die ursprüngliche zustandslose Natur von SOAP schränkte seine Verwendung ein, aber mit dem Aufkommen von WS-RF (und anderen Standards) reift SOAP zu einem Allzweck-Objektprotokoll. Weitere Informationen zu SOAP-Spezifikationen sind beim W3C erhältlich [35].

SPARQL. Das SPARQL-Protokoll und die RDF-Abfragesprache wurden entwickelt, um das Abfragen und Abrufen von Dokumenten über mehrere unstrukturierte Datenspeicher hinweg zu ermöglichen. Die Stärke des Systems besteht darin, dass die verteilten RDF-Dokumente (oder andere Datenspeicher) unverändert bleiben, aber Abfragen über sie ausgeführt werden können – und daher passt es gut zu einem "Bottom-up"-Ansatz. Um das Semantic Web (Web 3.0) Wirklichkeit werden zu lassen, ist ein solcher einheitlicher Zugang zu Informationen erforderlich, und es gibt bereits einige Implementierungen (z. B. Virtuoso [36]). Weitere Informationen zur Abfragespezifikation sind beim W3C erhältlich [37].

UDDI. Universal Description Discovery and Integration ist ein WSDL (daher interoperabel) definiertes Registrierungs-/Wörterbuchsystem. UDDI 2.0 ist die aktuell verwendete Version und unterstützt die Registrierung und Abfrage von Webservices über spezifische Mappings. OASIS [38] enthält Details zu den verschiedenen Standards (Version 2 und 3) und Apache hat jUDDI, eine 2.0-Implementierung [39].

URNE. Ein Uniform Resource Name ist eine Art von URI (Uniform Resource Identifier). Es ist das logische Gegenstück zu einer URL, da es den Namen einer Ressource und nicht den genauen Standort einer Ressource bereitstellt. Es stehen eine Reihe von URN-Implementierungen zur Verfügung, einschließlich LSIDs.

Internetdienste. Ein Web Service ist ein Server, der Anfrage-/Antwort-Operationen durchführt und (im Allgemeinen) mit Dokumenten arbeitet. Eine Anforderung wird gesendet (entweder als wohlgeformtes Dokument oder unter Verwendung der HTTP-Kodierung) und ein wohlgeformtes Dokument wird zurückgegeben. Der Begriff Webservice stammt aus der Tatsache, dass im Allgemeinen webbasierte Protokolle verwendet werden, um die Kommunikation bereitzustellen.

WS-*. Die WS-* sind eine Reihe von Spezifikationen zum Hinzufügen von Funktionen zu SOAP. Diese Erweiterungen bieten neue Funktionen wie Sicherheit, Messaging, binäre Objektanhänge und Status. Diese Erweiterungen beinhalten im Allgemeinen das Hinzufügen von Informationen zur SOAP-Nachricht (innerhalb des Umschlags). Zustandsinformationen können zwischen SOAP-Aufrufen durch die Verwendung von Ressourcen-Frameworks (z. B. WS-RF) verwaltet werden. OASIS [38] hält eine große Anzahl von Spezifikationen bereit.

WSDL. Die Webservice-Beschreibungssprache bietet eine Möglichkeit, die von einem SOAP-Webservice bereitgestellte Schnittstelle anzugeben. Das WSDL-Dokument kann automatisch abgerufen werden und Tools können verwendet werden, um Komfortklassen für bestimmte Sprachen zu generieren, sodass kein XML-Parsing-Code vom Entwickler geschrieben werden muss. Beim Schreiben einer WSDL stehen eine Reihe von Standards (z. B. WS-I) zur Verfügung, um die Interoperabilität sicherzustellen, typischerweise durch die Verwendung von Profilen mit Literal-/Dokument-"Stilen". Das W3C hat Details zum Standard [40].


Das Geschäft mit Systemintegration

In den letzten zehn Jahren ist die Systemintegration zu einem Schlüsselfaktor für den Betrieb, die Strategie und den Wettbewerbsvorteil großer Unternehmen in einer Vielzahl von Sektoren (z. B. Computer, Automobil, Telekommunikation, Militärsysteme und Luft- und Raumfahrt) geworden. In der Vergangenheit beschränkte sich die Systemintegration auf eine technische, operative Aufgabe. Systemintegration ist heute eine strategische Aufgabe, die die Unternehmensführung nicht nur auf technischer Ebene, sondern auch auf Management- und strategischer Ebene durchdringt. Dieses Buch zeigt, wie und warum sich diese neue Art der Systemintegration zu einem neuen Modell entwickelt hat. Mehr

In den letzten zehn Jahren ist die Systemintegration zu einem Schlüsselfaktor für den Betrieb, die Strategie und den Wettbewerbsvorteil großer Unternehmen in einer Vielzahl von Sektoren (z. B. Computer, Automobil, Telekommunikation, Militärsysteme und Luft- und Raumfahrt) geworden. In der Vergangenheit beschränkte sich die Systemintegration auf eine technische, operative Aufgabe. Systemintegration ist heute eine strategische Aufgabe, die die Unternehmensführung nicht nur auf technischer Ebene, sondern auch auf Management- und strategischer Ebene durchdringt. Dieses Buch zeigt, wie und warum sich diese neue Art der Systemintegration zu einem neuen Modell der industriellen Organisation entwickelt hat, bei dem Unternehmen und Unternehmensgruppen verschiedene Arten von Wissen, Fähigkeiten und Aktivitäten sowie Hardware, Software und Humanressourcen zusammenführen, um neue Produkte herstellen. Das Geschäft der Systemintegration hat grundlegende Auswirkungen auf die Fähigkeiten von Unternehmen. Unternehmen haben einen Übergang von der vertikalen Integration zum Integrator der Aktivitäten anderer vollzogen. Dieses Buch, das zum ersten Mal systematisch die Neuerfindung der Systemintegration aus Unternehmens- und Innovationsperspektive untersucht, basiert auf Beiträgen führender internationaler Wissenschaftler. Es geht tief in das Wesen, die Dimensionen und die Dynamik der neuen Systemintegration ein und setzt dabei Forschungs- und Analysetechniken aus einer Vielzahl von Disziplinen ein, darunter Unternehmenstheorie, Technologiegeschichte, Industrieorganisation, Landeskunde, strategisches Management, und Innovationsstudien.

Bibliographische Informationen

Erscheinungsdatum gedruckt: 2003 Druck ISBN-13: 9780199263226
Veröffentlicht im Oxford Scholarship Online: Januar 2005 DOI:10.1093/0199263221.001.0001

Autoren

Zugehörigkeiten gelten zum Zeitpunkt der Druckveröffentlichung.

Andrea Prencipe, Editor
Research Fellow an der Science and Technology Policy Research, University of Sussex, und Associate Professor of Economics and Management of Innovation an der University G. D'Annunzio, Italien
Autoren-Webseite

Andrew Davies, Editor
Senior Fellow an der Wissenschafts- und Technologiepolitikforschung, University of Sussex
Autoren-Webseite

Michael Hobday, Editor
Direktor des Innovationszentrums für komplexe Produktsysteme, University of Sussex
Autoren-Webseite


Abstrakt

Die Metabolomik, ein relativ neues Gebiet, steht vor zahlreichen Herausforderungen im Zusammenhang mit der Datenerfassung und -interpretation, der Reproduzierbarkeit über analytische Plattformen, der Integration mit anderen Omics-Ansätzen und der Übersetzung in theragnostische Biomarker. Es besteht ein unmittelbarer Bedarf, diese Herausforderungen zu meistern, um die Metabolomik nützlicher und zuverlässiger zu machen, um unser aktuelles Verständnis der Krankheitsbiologie zu verbessern und bei der Entwicklung prädiktiver Biomarker zu helfen. An Metabolomics interessierte Forscher versammelten sich zu einer Podiumsdiskussion zum Thema "Metabolomics and its integration with systembiology" während der 6. Jahrestagung der Proteomics Society-India and International Conference on "Proteomics from Discovery to Function", die am Indian Institute of Technology, Bombay von 7.–9. Dezember 2014. Das Panel diskutierte verschiedene Herausforderungen im Zusammenhang mit der Metabolomik und schlug auch mehrere effektive Lösungen für eine optimale Umsetzung der Metabolomik in der klinischen Praxis vor. Die Schwerpunkte der Podiumsdiskussion waren die Verbesserung von Metabolitendatenbanken mit umfassenden Spektralbibliotheken, der Bedarf an umfangreichen Bioinformatikwerkzeugen für integrative Ansätze und ernsthafte Überlegungen zur klinischen Validierung der Biomarker für die erfolgreiche Implementierung der Metabolomik in Kliniken.

Biologische Bedeutung

Die in diesem Bericht verfassten Informationen sind für Forscher im Bereich der Metabolomik von Bedeutung, um die Herausforderungen und die erfolgreiche Umsetzung der Metabolomik in der klinischen Praxis zu bewältigen.


Integrative Physiologie 2.0

Systembiologische Ansätze wurden noch nicht auf das Studium des kardialen Remodellings angewendet, hauptsächlich wegen seiner enormen Komplexität. Ausgehend von Beobachtungen bei Patienten, die nachteilige Wirkungen von PDE3-Inhibitoren und vorteilhafte Wirkungen von β-Blockern zeigten, haben wir einen integrativen Ansatz gewählt, um die Mechanismen der LV-Dysfunktion nach MI zu untersuchen (Abb. 7). Wir begannen damit, unseren experimentellen Fokus auf den wohldefinierten klinischen Phänotyp des Post-MI-LV-Remodelings einzugrenzen und verfolgten einen Top-down-Ansatz, der beim wachen Schwein begann und mit spezifischen und generalisierten molekularen Untersuchungen endete, die sich auf transkriptomische und proteomische Korrelationen konzentrierten (Abb. 7) nach aktuellem Kenntnisstand (Adams, 2010). Using a porcine model of post-MI remodelling, we first demonstrated the presence of LV remodelling and pump dysfunction in swine, necessitating increased oxygen extraction by the peripheral tissues and causing an increase in neurohumoral activation (organism). Despite the increased neurohumoral activation, β-adrenergic receptor mediated increases of LV function (organ) were blunted ( Duncker et al. 2005 ), which coincided with attenuated LV inotropic responses to PDE3 inhibition ( Duncker et al. 2001). Further studies at the cardiomyocyte level revealed abnormalities of myofilament force development that correlated well with the degree of LV remodelling (cellular compartment) ( van der Velden et al. 2004). The alterations in myofilament Ca 2+ sensitivity appeared to be mediated by loss of PKA catalytic activity (proteome), and could be prevented by simultaneous treatment with β1-adrenergic receptor blockade, coinciding with an improvement in LV pump function ( Duncker et al. 2009 ). Non-supervised as well as supervised network analysis of microarray data (transcriptome) revealed significant alterations in expression of genes encoding proteins involved in β-adrenergic receptor signalling (Fig. 7). These preliminary findings will be followed up by further studies into translational and post-translation modifications.

Illustration of our ‘Integrative Physiology 2.0’ approach Complex physiological processes such as cardiac remodelling must be studied in detail at different levels ranging from the transcriptome of cells all the way up to the intact organism, and possibly even further to population-based functional responses to pharmacons (not shown). At each level, data should be integrated with ‘higher’ and ‘lower’ levels, to build a multidimensional picture of the ongoing processes.

Since the completion of the Human Genome Project and the advent of the large scaled unbiased ‘-omics’ techniques, the field of systems biology has emerged. Systems biology aims to move away from the traditional reductionist molecular approach, which focused on understanding the role of single genes or proteins, towards a more holistic approach by studying networks and interactions between individual components of networks. From a conceptual standpoint, systems biology elicits a ‘back to the future’ experience for any integrative physiologist, and we feel that systems biology can benefit from the knowledge and existing models of interaction between systems available in physiology. Conversely, many of the new techniques and modalities employed by systems biologists yield tremendous potential for integrative physiologists to expand their tool arsenal to (quantitatively) study complex biological processes, such as cardiac remodelling and heart failure, in a truly holistic fashion. Such an approach may generate new hypotheses, concepts and eventually novel treatments for the process of cardiac remodelling and heart failure, which should subsequently be tested in a physiological setting. We therefore advocate that systems biology should not become/stay a separate discipline with ‘-omics’ as its playing field, but should be integrated into physiology to create ‘Integrative Physiology 2.0’, allowing interconnection and integration of processes at the various levels of complexity and organization within the pyramid of life.


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