N6. Poblaciones microbianas - IBM - Model - Caso de Estudio
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En el marco del workshop Forma'13 "Modelando el mañana" a realizarse en la ciudad de Sevilla del 23 al 26 de octubre de 2013, es la presentación del caso de estudio seleccionado y que se trabajará con un equipo de trabajo en NetLogo.
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- 1. Caso de Estudio – N6 Poblaciones microbianas dentro de un bioreactor operando con distintos protocolos de operación. Pablo Araujo Marta Ginovart
- 2. Introducción Biotecnología Biotecnología Simulación Simulación Experimentación Experimentación • • • • • • Coste Tiempo Inocuidad Seguridad Equipamiento Esterilidad • • • • • A nivel de Población Basado en Individuo ¿Características del sistema? ¿Qué problema estudiamos? ¿Qué hipótesis contrastamos?
- 3. Preguntas • ¿qué es un bioreactor? • ¿puedo manipular un bioreactor? • ¿qué sucede dentro de un bioreactor? • ¿qué comportamiento tiene una población de microorganismos dentro de un bioreactor?
- 4. Sistemas Microbianos Si miramos dentro del sistema, Podemos ver entidades básicas: microorganismos. Población formada por microorganismos Microorganismos son entidades
- 5. Individual-based models • Cada uno de estos individuos posee: • Sus propias características (género, edad, biomasa, tamaño, volumen, descendientes, ancestros, capacidad de reproducción, reservas de energía, posición en el espacio, entre otros) • Reglas de comportamiento (movimiento, búsqueda, captura y metabolización de recursos, reproducción, entre otros).
- 6. Individuo • Acciones biológicas propias • Toma de Nutrientes • Mantenimiento basal • Metabolismo • Reproducción • Muerte • Interacción con otros individuos Microorganismo • ¿Agregación? • ¿Competencia? • Interacción con medio ambiente • Tipo de reactor • Operación de reactor • Medio de cultivo
- 8. Variables Agente (microorganismo): Agente (microorganismo): ••Posiciónen el espacio Posición en el espacio ••Biomasa Biomasa ••Necesidadesde mantenimiento Necesidades de mantenimiento ••Biomasade reproducción Biomasa de reproducción ••Tiempode ciclo de reproducción Tiempo de ciclo de reproducción ••Tiempode viabilidad Tiempo de viabilidad ••Ingestade nutrientes Ingesta de nutrientes Medio (medio de cultivo): Medio (medio de cultivo): ••Concentraciónde sustratos Concentración de sustratos ••Concentraciónde productos Concentración de productos Variables del sistema: Variables del sistema: ••Caudalde entrada de sustratos Caudal de entrada de sustratos ••Caudalde salida de medio de cultivo Caudal de salida de medio de cultivo ••Razónde dilución Razón de dilución ••Tiempode operación Tiempo de operación
- 9. Workshop ¿Es posible simular el comportamiento de poblaciones de microorganismos en condiciones distintas y cambiantes dentro de un bioreactor?
- 10. Modelling For the study of a complex system, if one wishes to understand how it works, it is very useful to be able to combine different methodologies of modelling. Each kind of modelling methodology is ready to respond to certain questions but not others, so the elected model limits the possibilities in the study. Marta Ginovart
Notas del editor
- En biotecnología la experimentación en laboratorio con microorganismos no siempre es viable, conlleva una serie de condicionantes como coste, tiempo, inocuidad, seguridad, equipamiento, esterilidad, entre otros, tareas que se pueden gestionar de diferente manera con la experimentación virtual. El uso de un bioreactor virtual facilitaría la comprensión del sistema real favoreciendo su manipulación final.
- Las personas en distintos ciclos de formación buscan responder a una serie de preguntas, como ¿qué es un bioreactor? ¿puedo manipular un bioreactor? ¿qué sucede dentro de un bioreactor? ¿qué comportamiento tiene una población de microorganismos dentro de un bioreactor? Las respuestas se pueden obtener haciendo uso de un sistema complejo simulado (bioreactor virtual), el cual nos facilita el análisis del comportamiento y respuesta de distintas poblaciones de microorganismos en diferentes condiciones de medio de cultivo que pueden ser controladas por el observador.
- La potencia de los IBMs radica en las características que ofrecen para desentrañar, comprender e investigar la dinámica de los sistemas vivos. Nos permiten tratar la variabilidad intrínseca de todo ser vivo, con la emergencia del comportamiento poblacional a partir de las acciones e interacciones a nivel individual.
- Estos individuos tienen características particulares que cambian de acuerdo con las acciones biológicas de su propio comportamiento, las interacciones con otros individuos y con el medio ambiente.
- En este caso de estudio se quiere desarrollar un IBM que simule la dinámica de un bioreactor microbiano bajo diferentes protocolos de manipulación externa. El objetivo principal es desarrollar un simulador de un bioreactor microbiano que sea fácil de entender, adaptable a aplicaciones específicas y útil para personas dentro del ámbito de las ciencias de la vida.
- El sistema será un bioreactor virtual que operará con diferentes protocolos de trabajo (por cargas ó en continuo), que contendrá concentraciones iniciales de sustratos en el cual se inoculará una determinada cantidad de microorganismos viables, los cuales se adaptarán al medio que encuentren, consumirán sustratos, se reproducirán, generarán productos finales y mantendrán o no su viabilidad a lo largo del tiempo.
- Esperamos que al final del workshop tengamos una buena respuesta.