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Modelli di sistemi biologici portati a un livello successivo

L’aumento della disponibilità di dati biologici di alta qualità ha evidenziato l’importanza di organizzare queste informazioni in un modello al computer coerente, per descrivere la struttura delle cellule in modo preciso. Un progetto europeo ha sviluppato un modello multilivello di sistemi biologici, il quale utilizza vincoli fisico-chimici.
Modelli di sistemi biologici portati a un livello successivo
L’obiettivo della biologia dei sistemi è quello di predire fenomeni biologici attraverso l’uso di una modellizzazione matematica e computazionale. Per calcolare gli effetti delle funzioni cellulari, sono stati creati modelli al computer altamente dettagliati per identificare le tendenze, mentre dei modelli matematici calcolano con precisione le interazioni tra componenti allo scopo di predire il comportamento del sistema.

Un aspetto fondamentale è dato dal fatto che questi modelli devono riflettere le condizioni reali, incorporando vincoli fisico-chimici per essere rilevanti a livello diagnostico. Tuttavia, lo sviluppo olistico, dettagliato e affidabile su scala genomica, di modelli al computer incorporanti vincoli chimico-fisici, può essere raggiunto solo attraverso precisi metodi automatizzati.

Il progetto AMBICON (Automated multi-level modelling of biological systems considering physico-chemical constraints), finanziato dall’UE, un progetto di collaborazione internazionale tra l’Università della California, negli Stati Uniti, e l’Università di Tübingen, in Germania, ha affrontato questa sfida. L’obiettivo era quello di sviluppare nuovi metodi computazionali in grado di modellizzare i sistemi biologici a tutti i livelli.

I partner del progetto hanno identificato e risolto i limiti degli standard di rappresentazione dei modelli esistenti e hanno dunque sviluppato un nuovo metodo per consentire ai ricercatori di identificare i potenziali fattori di trascrizione batterica, per esperimenti mirati. Un nuovo approccio basato sui modelli ha inoltre dimostrato che è possibile calcolare la dotazione di proteine minima delle cellule batteriche. Inoltre, gli scienziati hanno preparato modelli di sangue personalizzati per più tipi di cellule.

Alcuni contributi sono stati aggiunti per un nuovo metodo di visualizzazione relativo alle reti metaboliche, nonché per la piattaforma di modelli open source basata sulle conoscenze ampiamente aggiornata chiamata BiGG Models. Infine, i risultati di questo progetto non solo sono stati pubblicati su articoli scientifici, ma anche attraverso social media come post di blog, Twitter, Facebook e YouTube, nonché presso seminari internazionali e conferenze.

La metodologia del progetto AMBICON consentirà la simulazione di interi sistemi cellulari, fornendo importanti vantaggi per la produzione biotecnologica di farmaci e ai fini dello sviluppo di una medicina personalizzata.

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Argomenti

Life Sciences

Keywords

Cellule, vincoli fisico-chimici, biologia dei sistemi, modelli, AMBICON