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Modellistica di calcolo in biologia dello sviluppo

I modelli di calcolo sempre più stanno usandi per informare gli studi scientifici, per migliorare la nostra comprensione dei sistemi complessi e per sviluppare le nuove terapie e tecnologie. Questo articolo discuterà l'applicazione di modellistica di calcolo al campo di biologia dello sviluppo.

modellistica di calcoloCredito di immagine: Tavarius/Shutterstock.com

Che cosa di calcolo sta modellando?

La modellistica di calcolo è l'uso di matematica, di fisica e dell'informatica creare i modelli complessi e dinamici dei sistemi basati sui punti di informazioni multipli. La crescita della tecnologia specializzata della raccolta dati quali i sensori portabili e gli apparecchi medici Internet-connessi ha in parte stato responsabile della crescita recente del campo.

La modellistica di calcolo si è applicata a parecchi campi compresi previsioni del tempo, simulazione di volo e simulazioni di terremoto come pure le scienze biologiche. I modelli di calcolo in uso oggi possono fornire i dati su un sistema biologico ai livelli multipli. Questo tipo di modellistica è conosciuto come modellistica del multiscale.

In un modello di calcolo, migliaia di simulazioni possono essere funzionate. Eseguendo queste simulazioni, gli scienziati identificano la manciata di laboratorio sperimenta necessario per risolvere il problema. Ciò presenta parecchi vantaggi, compreso significativamente la riduzione il costo degli studi e, nel caso della ricerca biologica, diminuente l'uso dei modelli animali, un'emissione etica altamente polemica.

C'è l'informatica e biologia di parecchi modi interattive. La biologia di calcolo si riferisce alla modellistica del computer ed alla simulazione dei trattamenti biologici. La bioinformatica è usata per mettere a punto i sistemi che automaticamente gestiscono ed analizzano i dati biologici. La computazione biologica studia come le tecniche biologiche possono aiutare nella soluzione dei problemi di calcolo.

Applicando modellistica di calcolo alla biologia dello sviluppo

La biologia dello sviluppo si riferisce allo studio di come gli organismi, specificamente piante ed animali, si sviluppano e si sviluppano. Comprende parecchi trattamenti biologici, compresi differenziazione delle cellule, rigenerazione, la riproduzione asessuale, metamorfosi e la crescita e differenziazione della cellula staminale.

Presa come esempio l'organismo multicellulare stesso: è un sistema dinamico in cui entrambi i valori delle variabili di stato come pure dell'insieme delle variabili di stato cambiano col passare del tempo. I sistemi multicellulari sono compresi le diverse linee cellulari tutte che si sviluppano e che rigenerano costantemente sopra la vita dell'organismo. Ciò è regolamentata tramite un trattamento complesso di proliferazione delle cellule del precursore, di differenziazione e di movimento. Ogni disgaggio dinamico è determinato dall'attività collettiva delle entità al disgaggio qui sotto.

Quando una cella di madre si divide, crea due cellule figlie. Una volta che la cella di madre si divide, l'intera topologia del sistema è regolato. Le connessioni fra la cella di madre ed il resto dell'organismo sono eliminate, le connessioni sono create fra le cellule figlie come pure sono inserite fra le cellule figlie ed il resto dell'organismo. Quindi, una grande rete delle celle collegate è creata gradualmente. Ciò si presenta costantemente sopra la vita dell'organismo.

Ci sono molti altri trattamenti biologici che cadono sotto l'egida di biologia dello sviluppo, con ciascuno complesso quanto il resto. I modi di sviluppo all'interno dei sistemi biologici possono essere influenzati da un gran numero dei fattori compreso quei genetici ed ambientali.

È dovuto questa complessità che la modellistica di calcolo (anche conosciuta come in silico gli studi) sempre più sta utilizzanda dai ricercatori. Mentre troppo numeroso citare in un articolo, questi modelli stanno fornendo agli scienziati l'analisi inestimabile dei sistemi inerenti allo sviluppo negli organismi.

Facendo uso di biologia di calcolo per studiare controllo embrionale di destino della cellula staminale

Pluripotency si riferisce alla capacità delle cellule determinate di provocare tutti gli stirpi delle cellule in un organismo maturo. Mentre transitorio e limitato soltanto ad alcune celle epiblast nell'embrione mammifero, è mantenuto in vitro dalle cellule staminali embrionali (ESCs). Scoprire la base molecolare e capire il trattamento del pluripotency all'interno di queste celle sono di preoccupazione crescente a scienza medica moderna.

Ci sono alcuni fattori in pluripotency che sono argomenti centrali nella ricerca della cellula staminale: come è mantenuto in ESCs, come è perso durante la specifica di stirpe e come è rintrodotto per generare le nuove cellule staminali pluripotent sono alcuni di loro. Un gran numero di studi di calcolo è stato pubblicato negli ultimi anni accanto ad in vitro convenzionale e in vivo agli esperimenti.

L'applicazione complementare delle metodologie di calcolo è sempre più importante per la comprensione e la descrizione accurate dei comportamenti e delle interazioni complessi. Gli approcci modellanti di calcolo possono definire la dinamica e la struttura delle reti regolarici del gene, per esempio. Tuttavia, l'interpretazione degli studi richiede la cura, poichè le strutture differenti codificano simile o le stesse funzioni biologiche. L'analisi della rete è importante quanto l'identificazione della struttura.

Ciò è l'appena un'applicazione in biologia dello sviluppo che la modellistica di calcolo è stata usata dentro. Ci sono molti altri esempi del suo uso nel campo.

In conclusione

La modellistica di calcolo ha cambiato fondamentalmente il modo in cui gli scienziati riuniscono i dati per i test clinici e fornire la conoscenza dei sistemi biologici e dei trattamenti. Poichè la tecnologia dell'acquisizione di dati migliora, il campo di biologia di calcolo sarà sofisticato in futuro e probabilmente rimarrà sull'avanguardia di biologia dello sviluppo per i decenni a venire.

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Last Updated: Apr 14, 2021

Reginald Davey

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Reginald Davey

Reg Davey is a freelance copywriter and editor based in Nottingham in the United Kingdom. Writing for News Medical represents the coming together of various interests and fields he has been interested and involved in over the years, including Microbiology, Biomedical Sciences, and Environmental Science.

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