Simulation of biochemical systems using constraint-based methods and complex networks (2021)
- Authors:
- Autor USP: BURKE, PAULO EDUARDO PINTO - BIOINFORMÁTICA
- Unidade: BIOINFORMÁTICA
- Subjects: CÉLULAS; BIOQUÍMICA CELULAR; REDES COMPLEXAS
- Keywords: Biochemical networks; Integração de processos; Modelos de célula completa; Process integration; Redes bioquímicas; Simulação estocástica; Stochastic simulation; Whole-cell models
- Agências de fomento:
- Language: Inglês
- Abstract: Modelos computacionais de sistemas biomoleculares têm sido utilizados para avançar o conhecimento em muitas áreas do conhecimento. Eles têm um impacto particular em áreas modernas como a Biologia Sintética, Bioengenharia e Medicina de Precisão. As tecnologias atuais podem determinar com alta precisão e eficiência as moléculas que compõem células e, em grande parte, as interações entre elas. Essas interações são geralmente agrupadas em processos celulares por suas funções e muitos modelos que podem representá-los e simulá-los com um certo nível de precisão estão disponíveis na literatura. Apesar de serem comumente representados como sistemas separados, eles estão na verdade interconectados. O simples fato de que eles podem compartilhar espécies moleculares torna suas dinâmicas dependentes umas das outras. Dada a alta disponibilidade atual de dados e poder computacional, modelos para representar células completas estão sendo construídos. No entanto, a integração das abordagens atuais para modelar e simular processos celulares é dificultada devido à alta heterogeneidade dos métodos empregados. Assim, uma abordagem mais homogênea para representar e simular processos celulares poderia facilitar essa integração. Neste trabalho, propomos um framework para modelar processos celulares por meio de suas reações bioquímicas subjacentes, bem como um método de simulação que utiliza esse tipo de representação como base. Para investigar as capacidades do framework de modelagem, utilizamos oorganismo \\textit{Mycoplasma genitalium} como estudo de caso com o objetivo de representar todas as moléculas e interações conhecidas que compoem este organismo por meio de uma única rede bioquímica. Entre os resultados obtidos com este modelo estão as semelhanças encontradas entre sua topologia e as descritas na literatura, bem como a predição de genes essenciais do organismo por meio de uma análise de falha em cascata. Adicionalmente, investigamos as características e capacidades do algoritmo de simulação proposto, denominado CBSA. Foi demonstrado que este algoritmo é capaz de calcular simulações estocásticas discretas de grandes conjuntos de interações de forma eficiente. Ele também pode ser calculado em arquiteturas de computação paralela, como GP-GPUs. Ilustramos isso simulando vários modelos teóricos, bem como um desafiador sistema bioquímico real. Apesar dos avanços relatados neste trabalho, muito ainda precisa ser feito para realizar simulações em escala de célula completa utilizando os métodos propostos. No entanto, apontamos possíveis desenvolvimentos futuros deste trabalho visando o objetivo final de realizar simulações de células completas
- Imprenta:
- Publisher place: São Carlos
- Date published: 2021
- Data da defesa: 19.03.2021
-
ABNT
BURKE, Paulo Eduardo Pinto. Simulation of biochemical systems using constraint-based methods and complex networks. 2021. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Carlos, 2021. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/95/95131/tde-23032021-143111/. Acesso em: 09 nov. 2024. -
APA
Burke, P. E. P. (2021). Simulation of biochemical systems using constraint-based methods and complex networks (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/95/95131/tde-23032021-143111/ -
NLM
Burke PEP. Simulation of biochemical systems using constraint-based methods and complex networks [Internet]. 2021 ;[citado 2024 nov. 09 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/95/95131/tde-23032021-143111/ -
Vancouver
Burke PEP. Simulation of biochemical systems using constraint-based methods and complex networks [Internet]. 2021 ;[citado 2024 nov. 09 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/95/95131/tde-23032021-143111/
How to cite
A citação é gerada automaticamente e pode não estar totalmente de acordo com as normas
