| Títol variant: |
Modelling and Simulation of Biosystems |
| Títol variant: |
Modelización y simulación de biosistemas |
| Data: |
2021-22 |
| Resum: |
La simulació per ordinador del comportament de sistemes és una branca de la ciència molt desenvolupada especialment en àmbits com l'enginyeria, la física o la química. En l'àmbit de la biotecnologia i en general les ciències de la vida, el seu paper va ser inicialment limitat. En aquest context la simulació clàssica reprodueix el comportament de microorganismes i enzims en bioreactor. Però el veritable impuls a la simulació en biotecnologia és conseqüència, per una banda de l'acumulació de coneixements dels components dels essers vius i el seu funcionament aïllat i per altra banda de la comprovació a nivell experimental de que els components d'un sistema biològic, tal com una cèl·lula, operen conjuntament de manera coordinada i autònoma com un sistema integrat. El sistema es pot considerar com un entramat de xarxes (metabòliques, genètiques, de transmissió del senyal,. . ) operant de manera coordinada. D'aquesta manera la comprensió del funcionament d'un d'aquests sistemes, fins i tot dels mes senzills no es pot comprendre si no és des del punt de vista de la seva operació com un sistema integrat. La operació del sistema dona lloc a l'aparició de propietats emergents, que no existeixen en cadascuna de les parts aïllades però que son fonamentals per a la operació del sistema. Aquesta nova visió ha donat lloc a l'aparició de la disciplina anomenada Biologia de Sistemes. La simulació per ordinador del comportament dels sistemes biològics ha esdevingut la veritable clau de volta per al desenvolupament de la Biologia de Sistemes juntament amb l'acumulació d'informació sobre la operació de sistemes biològics en grans bases de dades i la proliferació i abaratiment dels ordinadors. Per 1 operació de sistemes biològics en grans bases de dades i la proliferació i abaratiment dels ordinadors. Per mitjà de la simulació per ordinador es fa evident les diferències de comportament en funció tant de les propietats i interconnexió dels seus components així com també de les condicions d'operació. En aquest context l'assignatura pretén introduir a l'alumne en les aproximacions fonamentals i la metodologia per aconseguir simular el comportament d'un sistema biològic en un ordinador. Des del bioreactor com a sistema experimental fins a la simulació d'exemples de xarxes de diferents tipus (metabòliques, genètiques, de transmissió de senyal,. . ) en diferents estats (estacionari, dinàmic,. . ). Com a objectiu global es pretén que l'alumne pugui experimentar de primera mà les diferències i la rellevància del comportament d'un sistema com a un tot integrat en contraposició a les característiques dels seus components aïllats, així com també de la informació que se'n deriva dels diferents modes d'operació i per tant dels requeriments per estudiar-los. Donat que es pretén que l'alumne tingui una experiència de simulació de primera mà, el curs es planteja amb un contingut pràctic elevat. Així l'alumne farà servir tant un entorn de programació numèric, tipus Matlab, per assolir el coneixement de les operacions fonamentals amb exemples senzills, així com de programari més específic enfocat a la simulació de sistemes biològics (SBW, COPASI, . . . ) per a la simulació de sistemes biològics concrets de major complexitat. El temari presenta la matèria de forma gradual, avançant des dels conceptes i coneixements bàsics cap a la descripció de sistemes de complexitat creixent demanera que l'alumne pugui comprendre la necessitat del l'estudi dels sistemes com un tot integrat, en el marc de la nova biotecnologia del segle XXI. |
| Resum: |
Computer simulation of real systems is a well-developed field of science especially in engineering areas, in physics or in chemistry. In biotechnology and in generally in biological sciences, its application was initially limited. In this context classical simulation approaches reproduce the behavior of microorganisms and enzymes in bioreactor. But the real impact of computer simulation in biotechnology results as a consequence on one side, due to the accumulation of knowledge about the isolated operation of components of biological systems and on the other side from the experimental observation that the components of a biological entity, such as a cell, operate in an autonomous and coordinated manner as an integrated system. Thus the biological system can be seen as a network of networks (metabolic, genetic, signal transduction,. . ) operating in a coordinated manner. This way, to understand the operation of even one of the simplest of those systems, is not possible without the perspective of its operation as an integrated system. The operation as a system results in the emergence of key properties, non-existing in any of its isolated parts but fundamental for the successful operation of the system. This new vision has resulted in the emergence of the field of Systems Biology. Biological systems computer simulation has been key in the development of systems biology, together with the increasing accumulation of knowledge on the operation of biological systems in public databases and the wide spread and cheap availability of computing power. By means of computer simulation it is made 1 the wide spread and cheap availability of computing power. By means of computer simulation it is made evident the different behaviors obtained depending on the individual properties of the components, their interconnections as well as the operational conditions. In this context the course intends to introduce the student in the basic approximations and methodologies to simulate the behavior of a biological system in a computer. From the bioreactor as an experimental system to the examples of simulation of different types of networks (metabolic, genetic, signal transduction,. . ) in different operational modes (steady state, dynamic,. . ). As a global objective it is intended that the student has a firsthand experience on the differences and relevance of the behavior of a system as an integrated 'whole' in opposition to the isolated characteristics of its components, as well as the information derived from the different operational modes and therefore the requirements for their study. As the main goal is to offer the student firsthand experience on biological systems simulation, the course has a high practical content. Thus the student will use either a programming environment, such as Matlab, to understand the basic procedures by means of simple examples, as well as using more specific simulation software for biological systems (SBW, COPASI, . . . ) in examples of higher complexity. The different subjects are introduced gradually, from the basic concepts towards the description of systems of increasing complexity. In a way such that the student can understand the need to study biological systems as integrated entities in the context of the new biotechnology of the XXI century. |
| Resum: |
La simulación por ordenador del comportamiento de sistemas es una rama de la ciencia bien desarrollada especialmente en ámbitos como la ingeniería, la física o la química. En el ámbito de la biotecnología y en general las ciencias de la vida, su papel fue inicialmente limitado. En éste contexto la simulación clásica reproduce el comportamiento de microorganismos y enzimas en biorreactor. Pero el verdadero impulso a la simulación en biotecnología es consecuencia, por un lado de la acumulación de conocimientos de los componentes de los seres vivos y su funcionamiento aislado y por otra parte de la comprobación a nivel experimental de que los componentes de un sistema biológico, tal como una célula, operan conjuntamente de manera coordinada y autónoma como un sistema integrado. El sistema se puede considerar como un entramado de redes (metabólicas, genéticas, de transmisión de señal,. . ) operando de manera coordinada. De esta forma la comprensión del funcionamiento de uno de estos sistemas, incluso de los más sencillos, no puede comprenderse si no es desde el punto de vista de su operación como un sistema integrado. La operación del sistema da lugar a la aparición de propiedades emergentes, que no existen en cada una de las partes aisladas pero que son fundamentales para la operación del sistema. Esta nueva visión ha dado lugar a la aparición de la disciplina conocida como Biologia de Sistemas. La simulación por ordenador del comportamiento de los sistemas biológicos ha sido clave fundamental para el desarrollo de la Biologia de 1 comportamiento de los sistemas biológicos ha sido clave fundamental para el desarrollo de la Biologia de Sistemas juntamente con la acumulación de información sobre la operación de sistemas biológicos en grandes bases de datos y la proliferación y abaratamiento de los ordenadores. Por medio de la simulación por ordenador se hace evidente las diferencias de comportamiento en función tanto de las propiedades individuales como de la interconexión de sus componentes así como también de las condiciones de operación. En este contexto la asignatura pretende introducir al alumno en las aproximaciones fundamentales y la metodología para conseguir simular el comportamiento de un sistema biológico en un ordenador. Desde el biorreactor como sistema experimental hasta la simulación de ejemplos de redes de diferentes tipos (metabólicas, genéticas, de transmisión de señal,. . ) en diferentes estados (estacionario, dinámico,. . ). Como objetivo global se pretende que el alumno pueda experimentar de primera mano las diferencias y la relevancia del comportamiento de un sistema como un 'todo' integrado en contraposición a las características de sus componentes aislados, así como también de la información que se deriva de los diferentes modos de operación y por tanto de los requerimientos para estudiarlos. Dado que se pretende que el alumno tenga una experiencia de simulación de primera mano, el curso se plantea con un contenido práctico elevado. Así el alumno utilizará tanto un entorno de programación numérico, tipo Matlab, para alcanzar el conocimiento de las operaciones fundamentales con ejemplos sencillos, así como de programas más específicos enfocados a la simulación de sistemas biológicos (SBW, COPASI, . . . ) para la simulación de sistemas biológicos concretos de mayor complejidad. El temario presenta la materia de forma gradual, avanzando desde los conceptos y conocimientos básicos hacia la descripción de sistemas de complejidad creciente de manera que el alumno pueda comprender la necesidad del estudio de los sistemas como un todo integrado, en el marco de la nueva biotecnología del siglo XXI. |
| Drets: |
Aquest document està subjecte a una llicència d'ús Creative Commons. Es permet la reproducció total o parcial, la distribució, la comunicació pública de l'obra i la creació d'obres derivades, fins i tot amb finalitats comercials, sempre i quan es reconegui l'autoria de l'obra original.  |
| Llengua: |
Català, anglès, castellà |
| Titulació: |
Biotecnologia [2500253] |
| Pla d'estudis: |
Grau en Biotecnologia [815] |
| Document: |
Objecte d'aprenentatge |
visitant ::
identificació
