Modelos de regulación genética en procariontes basados en redes de Petri

Abstract

El trabajo de tesis presentado trata sobre la aplicación de modelos formales computacionales basados en redes de Petri a mecanismos de regulación genética en sistemas biológicos. Los sistemas estudiados son procariontes: el operón lactosa de la bacteria Escherichia coli, y el bacteriófago lambda que afecta a la misma bacteria. La complejidad de estos sistemas se relaciona con el número de elementos y de interacciones que participan en sus mecanismos regulatorios. La complejidad de estos sistemas tiene un efecto inmediato en el entendimiento de su funcionamiento y de su comportamiento dinámico en tiempos determinados. Por funcionamiento se entiende conocer qué genes se expresan hasta qué grado, y en qué tiempos. El comportamiento dinámico implica la naturaleza cambiante del sistema debido a las múltiples interacciones entre proteínas y moléculas que logran la expresión genética. La complejidad también se refiere a los diversos componentes interrelacionados que tienen problemas de dimensionalidad y acoplamiento, lo que provoca dificultad en el entendimiento intuitivo del mecanismo de regulación. Simular sistemas de regulación genética mediante modelos formales es necesario para poder describir sin ambigüedad su estructura y su dinámica. El objetivo es analizar la expresividad de las redes de Petri para modelar mecanismos regulatorios, tratando sus problemas de comportamiento dinámico y complejidad. Se evaluará su desempeño a través de simulaciones que permitan observar su expresividad. Por expresividad, se busca que el modelo sea capaz de representar las características dinámicas de los sistemas, y en varios niveles de abstracción, y también se busca poder describir sistemas grandes y complejos, a partir de herramientas propias de los modelos. Para este trabajo de tesis se han seleccionado las redes de Petri por su capacidad para modelar las características dinámicas de los procesos, capacidad que se aprovechará para modelar el dinamismo de los sistemas de regulación genética. Algunos autores han desarrollado extensiones de las redes de Petri para simular los procesos discretos y continuos de algunos sistemas de regulación. La contribución principal en este trabajo se centra en el desarrollo de un modelo a varios niveles de abstracción que permite facilitar el entendimiento del funcionamiento y comportamiento de los sistemas biológicos estudiados. Las redes de Petri coloreadas resultaron suficientemente expresivas para el objetivo buscado. Al final, se obtiene un modelo discreto de cada uno de los sistemas biológicos estudiados, el cual representa adecuadamente su dinámica, proporcionando un análisis a varios niveles de abstracción, facilitando el entendimiento del funcionamiento y comportamiento de los mecanismos de regulación estudiados.