موضوع مقاله: مدل‌سازی سیستم‌های زیستی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # مدل‌سازی سیستم‌های زیستی | مقدمه: مدلسازی سیستم‌های بیولوژیکی از کاربردهای مهم زیست‌شناسی سیستمی و زیست‌شناسی ریاضیاتی است. | ## بخش 1: مدل‌سازی سیستم‌های زیستی | پیاده‌سازی و استفاده از الگوریتم‌های کارآمد، ساختمان داده‌ها، و ابزارهای تصویرسازی و ابزارهای ارتباطات با هدف شبیه‌سازی کامپبوتری سیستم‌های زیستی است. این مدلسازی شامل استفاده از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری سیستم‌های بیولوژیکی من جمله زیرسیستم‌های سلولی (مثل شبکه‌های متابولیت‌ها و آنزیم‌های دخیل در متابولیسم (سوخت و ساز) گذرگاه‌های سیگنالینگ و شبکه‌های تنظیمی ژن) به منظور تحلیل و هم چنین تصویرسازی ارتبطات پیچیدهٔ بین این فرآیندهای سلولی است. حیات مصنوعی یا تکامل مجازی در تلاش است که فرآیندهای تکاملی را به وسیلهٔ شبیه‌سازی کامپیوتری شکل‌های سادهٔ (مصنوعی) زندگی درک کند. بررسی اجمالی همان‌طور که می‌دانیم ویژگی‌های بروزیافته در یک سیستم پیچیده نتیجهٔ فعل و انفعال بین اجزای یکپارچه و ساده‌تر است. سیستم‌های زیستی نمونه‌های مهم و متعددی از ویژگی‌های ناشی از فعل و انفعالات پیچیده اجزا را آشکار می‌کنند. مطالعهٔ سنتی سیستم‌های بیولوژیکی نیازمند روش‌هایی تقلیلی است که در آن مقادیر داده‌ها به صورت دسته‌بندی شده جمع‌آوری می‌شوند مثل غلظت در طول زمان در پاسخ به محرکی خاص. هدفساخت مدل‌های بی درنگ و دقیقی از پاسخ یک سیستم به محرک‌های محیطی و درونی است، مثل مدل سلول سرطانی به منظور یافتن ضعف‌ها در گذرگاه‌های سیگنالینگ آن یا مدلسازی جهش‌های کانال یونی برای مشاهدهٔ اثرات آن بر قلب و عملکرد قلب تپنده. وب سایت SBML.org شامل یک راهنما برای بسیاری از بسته‌های نرم‌افزاری مهم مورد استفاده در زیست‌شناسی سیستمی محاسباتی است. | ## بخش 2: مدل‌سازی سیستم‌های زیستی | مدلسازی سلول یک وظیفهٔ چالشی زیست‌شناسی سیستمی و زیست‌شناسی ریاضیاتی است که شامل استفاده از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری تعداد زیادی از زیرسیستم‌های سلولی مثل شبکه‌های متابولیتی و آنزیم‌های دخیل در سوخت و ساز، مسیرهای سیگنالینگ و شبکه‌های تنظیم کنندهٔ ژن به منظور تحلیل و تصویرسازی ارتباطات پیچیدهٔ این فرآیندهای سلولی است. محاسبات غشایی به منظور مدلسازی غشای سلول هستند شبیه‌سازی موجودات چند سلولی شبیه‌ساز متن باز C. پیش‌بینی ساختار پروتئین از اهمیت بالایی در پزشکی (برای مثال، در طراحی دارو) و بیوتکنولوژی (برای مثال، در طراحی آنزیم‌های جدید) برخوردار است. سیستم‌های زیستی انسان مدل مغز پروژه مغز آبی تلاش برای ایجاد یک مغز مصنوعی توسط مهندسی معکوس مغز پستانداران در سطح مولکولی است. هدف از این پروژه که در ماه مه سال ۲۰۰۵ توسط مؤسسه مغز و ذهن پلی تکنیک اکول لوزان، سوئیس، تأسیس شده‌است، مطالعه اصول معماری و کاربردی مغز است. هدف از این پروژه ساخت مدل ریاضیاتی پویایی است که نشان دهندهٔ فیزیولوژی، مورفولوژی و عملکرد کبد انسان است. مدل درختی درختان الکترونیکی (e-درختان) معمولاً با استفاده از سیستم های-ال رشد را شبیه‌سازی می‌کنند. هنوز نیاز به ابداع یک سیستم پذیرفته شده جهانی برای توصیف تغییر در مورفولوژی گیاهی در سطح سلولی یا مدولار هستیم. | ## بخش 3: مدل‌سازی سیستم‌های زیستی | به‌طور معمول آن‌ها شبکه‌های غذایی پیچیده را به اجزای اصلی آن‌ها یا سطوح غذایی ساده کرده و آن را به عنوان کمیت تعداد ارگانیسمها، زیست توده یا موجودی/غلظت برخی عناصر شیمیایی مربوطه (برای مثال کربن یا گونه‌های مغذی مانند نیتروژن یا فسفر) در نظر می‌گیرند. مدل‌ها در بوم آلاینده شناسی ورود هر نوع ماده خارجی به آب، هوا و خاک به میزانی که کیفیت فیزیکی، شیمیایی یا بیولوژیکی اجزای محیط را تغییر داده و به حال موجودات زنده مضر باشد، آلودگی نام دارد. مباحثی مرتبط که در بوم آلاینده شناسی مطرح می‌شود شامل مواد آلاینده طبیعی، مواد آلاینده مصنوعی، تقسیم‌بندی آلودگیها، اثرات مواد آلاینده و آلودگی توسط مواد رادیواکتیو می‌باشد. هدف از مدل‌ها در بوم آلاینده شناسی است فهم، شبیه‌سازی و پیش‌بینی اثرات ناشی از سموم در محیط زیست است. رایج‌ترین مدل‌های موجود اثرات را در یکی از سطوح متعدد و مختلف سازمان‌های زیستی (به عنوان مثال موجودات زنده یا جمعیت) توصیف می‌کنند. توسعهٔ این مدل‌ها در جهت پیش‌بینی اثرات در مقیاس‌های زیستی از چالش‌های موجود است. بوم آلاینده‌شناسی تعدادی از این مدل‌ها را مورد بحث قرار داده و ارتباط به تعدادی دیگر را فراهم می‌کند. مدلسازی بیماری‌های عفونی ظهور مجدد برخی از بیماری‌های عفونی گذشته و پیدایش بیماری‌های عفونی جدید توجه ویژه سامانه‌های بهداشتی را به مسایل مربوط به بیماری‌های عفونی معطوف ساخته است این امکان وجود دارد که پیشرفت بسیاری از بیماری‌های عفونی را برای اطلاع از احتمالهمه گیری یا برای کمک به مدیریت آن‌ها توسط واکسیناسیون به صورت ریاضی مدل کرد. | ## جمع‌بندی | این زمینه در تلاش برای پیدا کردن پارامترهای مختلف بیماری‌های عفونی و استفاده از این پارامترها برای محاسبه اثرات توده‌ای برنامهٔ واکسیناسیون است.