Una propiedad emergente inesperada de un sistema complejo puede ser el resultado de la interacción de la causa y el efecto entre partes más simples e integradas (véase organización biológica ). Los sistemas biológicos manifiestan muchos ejemplos importantes de propiedades emergentes en la interacción compleja de componentes. El estudio tradicional de los sistemas biológicos requiere métodos reductivos en los que se recopilan cantidades de datos por categoría, como la concentración a lo largo del tiempo en respuesta a un cierto estímulo. Las computadoras son fundamentales para el análisis y el modelado de estos datos. El objetivo es crear modelos precisos en tiempo real de la respuesta de un sistema a estímulos ambientales e internos, como un modelo de una célula cancerosa para encontrar debilidades en sus vías de señalización, o el modelado de mutaciones de canales iónicos para ver los efectos en los cardiomiocitos y, a su vez, la función de un corazón que late.
Normas
El formato estándar más aceptado para almacenar e intercambiar modelos en el campo es el lenguaje de marcado de biología de sistemas (SBML) . [3] El sitio web SBML.org incluye una guía de muchos paquetes de software importantes utilizados en biología de sistemas computacionales. Se puede recuperar una gran cantidad de modelos codificados en SBML desde BioModels . Otros lenguajes de marcado con diferentes énfasis incluyen BioPAX y CellML .
La compleja red de procesos de reacción/transporte bioquímico y su organización espacial hacen que el desarrollo de un modelo predictivo de una célula viva sea un gran desafío para el siglo XXI, catalogado como tal por la National Science Foundation (NSF) en 2006. [5]
Un modelo computacional de célula completa para la bacteria Mycoplasma genitalium , incluidos sus 525 genes, productos genéticos y sus interacciones, fue construido por científicos de la Universidad de Stanford y el Instituto J. Craig Venter y publicado el 20 de julio de 2012 en Cell. [6]
Un modelo informático dinámico de señalización intracelular fue la base para que Merrimack Pharmaceuticals descubriera el objetivo de su medicamento contra el cáncer MM-111. [7]
La comunidad OpenWorm está trabajando en una simulación de código abierto de C. elegans a nivel celular . Hasta ahora se ha creado el motor de física Gepetto y se han creado modelos del conectoma neuronal y de una célula muscular en formato NeuroML. [8]
El Proyecto Cerebro Azul es un intento de crear un cerebro sintético mediante ingeniería inversa del cerebro de los mamíferos hasta el nivel molecular. El objetivo de este proyecto, fundado en mayo de 2005 por el Instituto del Cerebro y la Mente de la Escuela Politécnica de Lausana , Suiza, es estudiar los principios arquitectónicos y funcionales del cerebro. El proyecto está encabezado por el director del Instituto, Henry Markram. Utilizando una supercomputadora Blue Gene que ejecuta el software NEURON de Michael Hines , la simulación no consiste simplemente en una red neuronal artificial , sino que implica un modelo parcialmente biológicamente realista de neuronas . [9] [10] Sus defensores esperan que eventualmente arroje luz sobre la naturaleza de la conciencia . Hay una serie de subproyectos, incluido el Cerebro Azul de Cajal , coordinado por el Centro de Supercomputación y Visualización de Madrid (CeSViMa), y otros dirigidos por universidades y laboratorios independientes en el Reino Unido, Estados Unidos e Israel. El Proyecto Cerebro Humano se basa en el trabajo del Proyecto Cerebro Azul. [11] [12] Es uno de los seis proyectos piloto del Programa de Investigación de Tecnologías Emergentes Futuras de la Comisión Europea, [13] que compite por una financiación de mil millones de euros.
Modelo del sistema inmune
En la última década ha surgido un número creciente de simulaciones del sistema inmunológico. [14] [15]
Hígado virtual
El proyecto Hígado Virtual es un programa de investigación financiado por el Gobierno alemán con 43 millones de euros y formado por setenta grupos de investigación distribuidos por toda Alemania. El objetivo es producir un hígado virtual, un modelo matemático dinámico que represente la fisiología , la morfología y la función del hígado humano. [16]
Modelo de árbol
Los árboles electrónicos (e-trees) suelen utilizar sistemas L para simular el crecimiento. Los sistemas L son muy importantes en el campo de la ciencia de la complejidad y la vida artificial . Aún no se ha ideado un sistema universalmente aceptado para describir los cambios en la morfología de las plantas a nivel celular o modular. [17]
Los algoritmos de generación de árboles más ampliamente implementados se describen en los artículos "Creation and Rendering of Realistic Trees" y Real-Time Tree Rendering.
El objetivo de los modelos en ecotoxicología es comprender, simular y predecir los efectos que provocan los tóxicos en el medio ambiente. La mayoría de los modelos actuales describen los efectos en uno de los muchos niveles diferentes de organización biológica (por ejemplo, organismos o poblaciones). Un desafío es el desarrollo de modelos que predigan los efectos en todas las escalas biológicas. Ecotoxicología y modelos analiza algunos tipos de modelos ecotoxicológicos y proporciona vínculos a muchos otros.
^ A veces llamada biología teórica, biología seca o incluso biomatemática.
^ La biología de sistemas computacionales es una rama que busca generar una comprensión a nivel de sistema mediante el análisis de datos biológicos utilizando técnicas computacionales.
Referencias
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^ Tavassoly, Iman; Goldfarb, Joseph; Iyengar, Ravi (4 de octubre de 2018). "Introducción a la biología de sistemas: métodos y enfoques básicos". Ensayos en bioquímica . 62 (4): 487–500. doi :10.1042/EBC20180003. ISSN 0071-1365. PMID 30287586. S2CID 52922135.
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^ Descargas de OpenWorm
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^ Palmer, Jason. Cerebro simulado más cerca del pensamiento, BBC News.
^ El Proyecto Cerebro Humano. Archivado el 5 de julio de 2012 en Wayback Machine.
^ Vídeo de Henry Markram presentando El Proyecto Cerebro Humano el 22 de junio de 2012.
^ Página de inicio de la Iniciativa Flagships FET.
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Fuentes
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Lectura adicional
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Enlaces externos
Centro de Modelado de Inmunidad a Patógenos Entéricos (MIEP)