Modelowanie dynamiczne w biologii systemów
Modele obliczeniowe na bazie danych są niezbędne do wyjaśnienia złożonych układów biologicznych i zoptymalizowania procesów produkcyjnych w biotechnologii, w których korzysta się z modyfikowanych genetycznie organizmów. Potrzebna jest jednak szeroko zakrojona wiedza z dziedziny tworzenia, kompilowania i optymalizowania kodu, aby tworzyć nieliniowe modele z wielu parametrów oszacowanych na podstawie licznych, dostępnych danych. Obecne modele są ograniczone i na ogół odzwierciedlają tylko warunki w stanie ustalonym. Naukowcy potrzebują struktury modelowania, która pozwoliłaby scalić analizę danych, tworzenie modeli, szacowanie parametrów, wyliczanie niepewności i optymalizację projektów doświadczeń. W ramach finansowanego przez UE projektu BIOPREDYN(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (From data to models: new bioinformatics methods and tools for data-driven predictive dynamic modelling in biotechnological applications) opracowano ogólną strukturę modelowania dla użytkowników niebędących ekspertami w tej dziedzinie, aby móc przekazywać najnowsze dane naukowe przemysłowi. W projekcie BIOPREDYN współpracowali przedstawiciele uczelni, których zadaniem było stworzenie algorytmów, przyszli użytkownicy końcowi, którzy testowali oprogramowanie w warunkach komercyjnej produkcji biotechnologicznej, oraz przedsiębiorstwa zajmujące się złożonym modelowaniem. Celem było stworzenie zintegrowanej struktury kodowania. Projekt BIOPREDYN w dużej mierze odniósł sukces, ponieważ opracowano narzędzia i metody do przetwarzania biologicznych danych czasowych i przestrzennych. Te techniki zastosowano do zbadania złożonych szlaków, w tym regulacji enzymów, którą opisano na poziomie metabolizmu, transkrypcji, transdukcji sygnału i procesów rozwojowych. Prace uczestników pomogły w uzyskaniu lepszych i dokładniejszych wyników symulacji niż przy użyciu dostępnych dotąd technik. Zestaw oprogramowania BioPreDyn jest dostępny na stronie internetowej projektu BIOPREDYN(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Obejmuje następujące narzędzia oprogramowania: Path2Models, modele jakościowe SBML, BioServices, Cyrface, CySBGN, CellNOptR, SBGN-ML, LibSBGN i MIDER. Uczestnicy projektu pracowali nad wieloma problemami związanymi z szacowaniem trudnych do określenia parametrów, wymaganych do oceny i porównywania różnych metod. Tworzyli m.in. modele kinetyczne bakterii E. coli, drożdży piekarniczych S. cerevisiae, muszki owocowej D. melanogaster i sieci transdukcji sygnału ogółem. Dwóch współpracujących z projektem użytkowników końcowych wdrożyło już z powodzeniem to oprogramowanie w swoją strategię, aby zoptymalizować procesy produkcji. Projekt BIOPREDYN pozwolił stworzyć wszechstronną strukturę do dynamicznej symulacji złożonych szlaków biologicznych, co zaowocowało licznymi publikacjami. Narzędzia te powinny ułatwić badania w dziedzinie biologii systemów i zwiększyć zyskowność powiązanych gałęzi przemysłu. Zastosowania obejmują sektor spożywczy, rolnictwo i opiekę zdrowotną.
