Modelización dinámica para la biología de sistemas
Los modelos computacionales basados en datos poseen una importancia crítica para comprender sistemas biológicos complejos y optimizar procesos de producción biotecnológica empleando organismos modificados artificialmente. No obstante, es necesario tener conocimientos profundos en desarrollo, compilación y optimización de código para desarrollar modelos no lineales a partir de los múltiples parámetros obtenidos de grandes cantidades de datos disponibles. Los modelos actuales son escasos y, por norma general, sólo representan condiciones en régimen estacionario. Se necesita un marco de modelización general que incluya el análisis de los datos, la construcción del modelo, la estimación de parámetros, la cuantificación de la incertidumbre y la optimización del diseño experimental. El proyecto financiado con fondos europeos BIOPREDYN (From data to models: new bioinformatics methods and tools for data-driven predictive dynamic modelling in biotechnological applications) desarrolló un marco de modelización general para legos con el que transferir datos y modelos de última generación desde el entorno académico al comercial. BIOPREDYN, organizado como una red colaborativa, contó con socios académicos que desarrollaron los algoritmos, usuarios finales para ensayar el software en un entorno biotecnológico comercial y una empresa dedicada a la modelización de sistemas complejos para desarrollar el marco de código integrado. Sus miembros lograron enormes progresos en el desarrollo de las herramientas y metodologías necesarias para manejar datos biológicos dependientes del tiempo y del espacio. Estas técnicas se aplicaron al estudio de rutas complejas como la regulación enzimática y su nivel de descripción incluyó el metabolismo, la transcripción, la transducción de señales y el desarrollo. Su labor contribuyó a generar resultados de simulación más precisos y de mejor calidad que los producidos con otras técnicas vanguardistas. El software BioPreDyn está disponible gratuitamente en la página web de BIOPREDYN-bench. El software incluye las herramientas siguientes: Path2Models, modelos cualitativos SBML, BioServices, Cyrface, CySBGN, CellNOptR, SBGN-ML y LibSBGN, así como MIDER. Los socios del proyecto abordaron un conjunto de problemas de cálculo de parámetros complejos para evaluar y comparar métodos. Entre ellos los modelos cinéticos de la bacteria E. coli, la levadura S. cerevisiae, la mosca del vinagre D. melanogaster y una red de transducción de señal genérica. Los dos usuarios finales colaboradores ya han incorporado el software en sus estrategias de producción para optimizar los procesos relevantes. BIOPREDYN generó así un marco exhaustivo con el que realizar simulaciones dinámicas de rutas biológicas complejas sobre el que ya se han publicado varios artículos científicos. Estas herramientas facilitarán la investigación sobre biología de sistemas y aumentarán la rentabilidad de las industrias asociadas. Entre sus aplicaciones se encuentran los sectores alimentario, agrícola y sanitario.
Palabras clave
Modelización dinámica, biología de sistemas, simulación predictiva, marco de modelización, BIOPREDYN, cálculo de parámetros diseño experimental óptimo
