Biología sintética: la ingeniería al asalto de la complejidad biológica

De Lorenzo, Víctor

doi:10.3989/arbor.2014.768n4003

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“…Este proceso de incorporación de herramientas de la ingeniería a la biología se ha intensificado tremendamente con el advenimiento de la Biología Sintética. Esta se define como la ingeniería de la biología: el (re)diseño y construcción deliberados de nuevos componentes, dispositivos y sistemas biológicos para realizar nuevas funciones con un propósito utilitario (De Lorenzo, 2014). Como disciplina ingenieril, la Biología Sintética persigue construir dispositivos que aún no existen, enfatizando los principios y metodologías de la ingeniería en el diseño, caracterización, y construcción de los mismos (Arpino et al, 2013;ERASynBio, 2014).…”

Section: Introductionunclassified

Modelado de sistemas bioquímicos: De la Ley de Acción de Masas a la Aproximación Lineal del Ruido

Picó

Vignoni²,

Picó-Marco

et al. 2015

Revista Iberoamericana de Automática e Informática Industrial R

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ResumenDurante la ultima década hemos vivido una creciente aplicación de técnicas propias de las ingenierías a la biología.Áreas como la Biología de Sistemas o, más recientemente, la Biología Sintética, reciben una atención cada vez mayor por parte de los ingenieros. En particular, el modelado en estosámbitos permite la generación de nuevas hipótesis contrastables experimentalmente, y de nuevas formas de intervención biológica, así como explicaciones más o menos mecanicistas de los resultados experimentales. Una aproximación basada en modelo requiere considerar la dinámica de las reacciones bioquímicas y su regulación. En la primera parte de este tutorial se introducen el modelado determinista y reducción de modelos de la clase de reacciones bioquímicas propias de la biología molecular celular.El ruido juega un papel crucial en la dinámica de los circuitos biológicos. En elárea de control automático hay una larga tradición de modelado mediante ecuaciones diferenciales estocásticas lineales, bajo la hipótesis simplificadora de asumir que el ruido tiene una magnitud independiente de la del estado. Esta hipótesis no es válida en los circuitos biológicos. En la segunda parte del tutorial se describen los métodos de modelado estocástico más usados en biología molecular, con especial atención a denominada aproximación lineal del ruido. Copyright c 2015 CEA. Publicado por Elsevier España, S.L. Todos los derechos reservados.Palabras Clave: Sistemas estocásticos, Ecuaciones diferenciales, Modelado de sistemas continuos, Reducción de modelos, Simulación de sistemas, Ruido, Sistemas biológicos, biotecnológicos y bioprocesos. IntroducciónDurante la ultima década hemos vivido una creciente aplicación de técnicas propias de las ingenierías a la biología.Áreas como la Biología de Sistemas o, más recientemente, la Biología Sintética, reciben una atención cada vez mayor por parte de los ingenieros. El diseño y producción clásicos en biotecnología, mediante el uso de organismos genéticamente modificados, ha seguido tradicionalmente una estrategia esencialmente de tipo prueba-y-error.En losúltimos años, esta aproximación estaba prácticamen-te agotada, llevando a un cuello de botella en la generación de nuevos productos biotecnológicos. Es en este punto cuando se ve clara la necesidad de aplicar modelado computacional, de optimizar computacionalmente en lugar de adivinar por pruebay-error cada nueva ruta metabólica (Kwok, 2010). Este proceso * Autor en correspondencia.Correos electrónicos: jpico@ai2.upv.es (Jesús Picó), vignoni@mpi-cbg.de (Alejandro Vignoni), enpimar@isa.upv.es (Enric Picó-Marco), yaboa@upv.es (Yadira Boada) URL: http://sb2cl.ai2.upv.es (Jesús Picó) de incorporación de herramientas de la ingeniería a la biología se ha intensificado tremendamente con el advenimiento de la Biología Sintética. Esta se define como la ingeniería de la biología: el (re)diseño y construcción deliberados de nuevos componentes, dispositivos y sistemas biológicos para realizar nuevas funciones con un propósito utilitario (De Lorenzo, 2014). C...

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Modelado de sistemas bioquímicos: De la Ley de Acción de Masas a la Aproximación Lineal del Ruido

Picó

Vignoni²,

Picó-Marco

et al. 2015

Revista Iberoamericana de Automática e Informática Industrial R

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Focusing on Dynamics: When an Exception Becomes a Rule

Peretti,

Calbacho-Rosa,

Olivero

et al. 2024

Rules and Exceptions in Biology: From Fundamental Concepts to Applications

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¿Qué pueden ofrecer los modelos basados en agentes vivos en el contexto docente?

Gisbert

2015

Model. sci. educ. learn.

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¿Qué pueden ofrecer los modelos basados en agentes vivos en el contexto docente? What do live agent-based models offer to teaching?Marta Ginovart Universitat Politècnica de Catalunya marta.ginovart@upc.edu AbstractLos sistemas biológicos o sistemas formados por entidades vivas (individuos) son sistemas complejos, tanto por la "complejidad" que cada individuo o agente vivo tiene, como por las posibles relaciones que se pueden establecer entre ellos, así como por las posibles relaciones con el entorno o medioambiente en el que estos individuos se desarrollan, viven, compiten y mueren, y que por tanto, modifican como resultado de sus acciones. Este trabajo se basa en la experiencia acumulada en losúltimos años en el uso de modelos basados en agentes en elámbito de los biosistemas en la Universidad Politècnica de Catalunya. El objetivo es ofrecer elementos de estudio y discusión para poder responder a las siguientes preguntas: 1) ¿Qué son los modelos basados en agentes vivos?, 2) ¿Cómo se puede trabajar con estos modelos computacionales en el aula?, y 3) ¿Qué pueden ofrecer estos modelos en un entorno educativo? Asimismo, se proporciona información y referencias específicas para facilitar la incorporación de este tipo de modelo en planes de estudios con diferentes niveles de instrucción matemática y biológica, como complemento a otras metodologías de modelización.Biological systems or those formed by living entities (individuals) are complex systems, both for the "complexity" that each individual or live agent possesses, as well as for possible relationships that can be established between them, plus the possible relationships with the environment in which these individuals develop, live, compete and die, and which is therefore modified as a result of their actions. This work is based on the experience gained in recent years in the use of agent-based models in the field of biosystems at the Universitat Politècnica de Catalunya. The aim of this paper is to provide elements of study and discussion to answer the following questions: i) What are live agent-based models? ii) How can you work with these computational models in the classroom? and iii) What can these models offer in an educational context? Also, specific information and references are provided to facilitate the incorporation of this type of model in the curriculum at different levels of mathematical and biological instruction, complementing other modelling methodologies.

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Biología sintética: la ingeniería al asalto de la complejidad biológica

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Modelado de sistemas bioquímicos: De la Ley de Acción de Masas a la Aproximación Lineal del Ruido

Modelado de sistemas bioquímicos: De la Ley de Acción de Masas a la Aproximación Lineal del Ruido

Focusing on Dynamics: When an Exception Becomes a Rule

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