Desenvolupament d'una metodologia fonamentada en la simulació discreta per a l'estudi de sistemes biològics d'interès tecnològic i científic

Abstract

A partir de un simulador previo de cultivos bacterianos, se ha continuado desarrollando su metodología, basada en la simulación discreta, para extender su uso a diversos campos de aplicaciones técnicas y científicas. un aspecto del desarrollo esta relacionado con el progreso propio de la metodología. Para mejorarla se han perfeccionado los métodos básicos de la simulación para el control del espacio (incorporación de las tres dimensiones, difusión de substancias en el medio, distintos tipos de condiciones de contorno, uso de variables no homogéneas espacialmente, por ejemplo). Y otros aspectos propios de la programación. <br/>Otra vertiente del desarrollo es la generación de modelos para sistemas concretos. Se han creado distintas estructuras de simulación, basadas en la misma metodología, para estudiar sistemas de características diversas. <br/>Para los sistemas bacterianos se han desarrollado modelos y se ha realizado simulaciones para estudiar: <br/>a) oscilaciones metabólicas de cultivos cerrados de escherichia coli b) aspectos determinados en relación a la producción de yogurt, donde se ha puesto de manifiesto la importancia de la geometría como un elemento probablemente imprescindible para entender algunos fenómenos biológicos. <br/>(c) crecimiento de colonias sobre superficies, donde se ha constatado la idoneidad de la metodología para estudiar el comportamiento de los organismos y las substancias en el espacio. <br/>También se ha mostrado la potencia de nuestra simulación para abordar interpretaciones basadas tanto en procesos bioquímicos como en procesos físicos. <br/>Para cultivos de levaduras, el modelo (celular) es substancialmente mas complejo que el de bacteria. Se ha validado el modelo al comprobar que el comportamiento de un gran numero de variables diversas del sistema simulado es comparable, cualitativamente, al observado experimentalmente. A partir de una interpretación física de este proceso, se ha elaborado un modelo para la agregación de levaduras (la floculación), y se ha implementado este en la simulación. Con una estructura distinta del simulador desarrollado para los cultivos de levaduras, se ha demostrado la viabilidad de la metodología como herramienta para abordar este tipo de cuestiones de interés científico y técnico. Para simular la floculación se han utilizado escalas espaciales de magnitud superior a las celulares. Es un ejemplo de como las dimensiones de los sistemas pueden sugerir, incluso imponer, el nivel de precisión y estructura para definir los elementos individuales. <br/>Para el estudio de los hongos filamentosos, un sistema complejo en el que es necesario modelar comportamientos bioquímicos al mismo tiempo que es necesario controlar el comportamiento de variables espaciales, se ha desarrollado una nueva estructura de simulación para la implementación del modelo elaborado. Se ha comprobado como este explica y reproduce el comportamiento de diversos parámetros observados experimentalmente. <br/>Se ha desarrollado un modelo para poblaciones de generaciones no solapadas, y se ha implementado en la simulación, para aplicarla a estudios de ecología teórica, donde habitualmente se utilizan metodologías de simulación muy alejadas del funcionamiento real del sistema. Se ha comprobado la validez de la metodología como herramienta para abordar diversas cuestiones en este campo de aplicación (estabilidad de la dinámicas, efecto del espacio sobre el sistema y control de dinámicas caóticas).