Presentació: la recerca del grup MOSIMBIO
Modelització de sistemes microbians
Els sistemes amb un gran nombre de components interactuant (ja siguin agents, procediments o mecanismes) poden mostrar un comportament complex: que no és fàcil d'entendre, ni es dedueix directament de la suma del comportament de les parts. El camp de la microbiologia està ple d'aquests sistemes complexos i s'ha convertit en una disciplina cada vegada més interessant, on es poden aplicar els coneixements provinents de diverses perspectives.
Els models són representacions simplificades de la realitat, que s'empren per abordar qüestions específiques relatives als sistemes estudiats. Els models computacionals permeten representar i simular els components i processos de sistemes reals amb una elevada complexitat intrínseca.
El desenvolupament i la millora dels models és un procés que es realitza en paral·lel i juntament amb l'experimentació i l'observació del món real. L'objectiu a assolir és comprendre millor la realitat per poder incrementar la nostra capacitat predictiva.
Fonaments del grup MOSIMBIO
L'objectiu bàsic del grup MOSIMBIO (Modelització i Simulació discreta de Sistemes Biològics) és extreure propietats essencials de les poblacions i els ecosistemes microbians, tot emprant models basats en les cèl·lules individuals: IbMs (Models basats en l'individu).
La recerca es porta a terme mitjançant el desenvolupament de models específics adreçats a sistemes concrets. Els microorganismes sota estudi van des de bacteris a fongs, llevats i protozous. Els problemes adreçats responen a demandes particulars, d'interès social o industrial. Els models desenvolupats persegueixen la millora de la utilització tecnològica dels sistemes microbians en diversos camps aplicats, com la seguretat alimentària, la qualitat del sòl i la salut pública.
L'objectiu global del grup és adquirir una comprensió holística dels ecosistemes microbians en general, és a dir, esbrinar la relació entre les normes locals microscòpiques (que descriuen el comportament cel·lular) i les observacions macroscòpiques (que descriuen el comportament col·lectiu).
Antecedents
MOSIMBIO té l'origen en la fructífera col·laboració d'investigadors que estudiaven el comportament dels líquids amb les tècniques habituals de la física de N-cossos (mètodes de Monte Carlo i Dinàmica Molecular) amb els investigadors que treballaven en l'anàlisi de la dinàmica de la poblacions en el marc de l'ecologia teòrica.
L'enfocament basat en l'individu permetia combinar les tècniques i l'experiència d'ambdues disciplines: les regles biològiques que regeixen els individus s’emmarquen en les lleis físiques que també serveixen per descriure el seu entorn local. El comportament col·lectiu es pot extreure del tractament estadístic del conjunt de la població.
Aquesta metodologia permet abordar qüestions que no es podrien atacar d'altra manera, com ara comprendre els efectes de la distribució estadística de les propietats individuals sobre la dinàmica de la població, o bé proposar mecanismes per a l'aparició dels comportaments globals a partir de les interaccions entre individus a escala local, i interpretar com afecta l'estocasticitat en aquests comportaments emergents.
Estratègia
El grup MOSIMBIO realitza models sobre sistemes específics que pertanyen a tres àmbits d'aplicació diferents: tecnologia dels aliments, gestió ambiental i salut pública.
La recerca en cada camp requereix la col·laboració amb experts en la matèria, que detecten i plantegen preguntes que resten sense resoldre i que ofereixen el coneixement detallat i l'heurística que permeten definir les hipòtesis que han de ser avaluades pels models.
Les observacions de sistemes reals i els experiments es duen a terme en paral·lel a la construcció dels models i es realitzen a l'ESAB (Escola Superior d'Agricultura de Barcelona) o en algun dels centres de col·laboració externs.
CIÈNCIES BIOMÈDIQUES
Els temes de recerca en aquest àmbit estan relacionats amb el control de la malària:
- Cultius in vitro de Plasmodium falciparum. La recerca en aquest camp està centrada en millorar la comprensió dels sistemes de cultiu in vitro d'eritròcits infectats amb el paràsit causant de la malària. L'estudi d'aquests sistemes de cultiu hauria de servir per millorar la producció i avaluació dels tractaments i/o vacunes en la industria farmacològica.
- Models epidemiològics. La recerca en aquest camp està centrada en l'estudi de les estratègies de control i eradicació de la malària en poblacions mixtes d'humans i vectors.
El treball s'ha realitzat en col·laboració amb la farmacèutica GlaxoSmithKline. Actualment estem iniciant col·laboració amb els laboratoris Ferrer.
- Tuberculosi. Recentment hem iniciat un projecte de col·laboració amb la unitat de Tuberculosi Experimental per tal de modelitzar el creixement de Mycobacterium tuberculosis en cultius in vitro i in vivo.
TECNOLOGIA D'ALIMENTS
Els temes de recerca en aquest àmbit estan relacionats fonamentalment amb la microbiologia predictiva, i són:
- Estudi de la fase de latència. La fase de latència en el creixement bacterià és un tema central en la microbiologia predictiva i la . Els estudis realitzats ajuden a interpretar com els diferents mecanismes microscòpics determinen la durada d'aquesta fase.
- El creixement del llevat Saccharomyces cerevisiae. Els processos de fermentació són de gran interès per a la indústria agroalimentària, però hi ha molta fenomenologia que encara no es comprèn amb profunditat. Els nostres models estudien l'efecte dels processos de floculació i de la reproducció per gemació, entre d'altres, sobre el rendiment dels fermentadors.
La recerca en aquest camp s'ha realitzat en col·laboració amb el grup BioTeC de la Universitat de Leuven i l'Institute of Food Research (Norwich, Regne Unit). Actualment s'estan iniciant col·laboracions amb l'IRTA (Institut de Recerca i Tecnologia Agroalimentària de Catalunya, Monells).
MEDI AMBIENT
Els temes de recerca en aquest àmbit són:
- El comportament del C i N en el sòl. El sol és un ecosistema complex format per una gran varietat de microorganismes amb diferents funcions. Els nostres models espacialment explícits permeten avaluar l'evolució dels diferents nínxols ecològics i dels dipòsits de C i N en el sòl.
- Procés de compostatge. Els processos de compostatge permeten l'aprofitament dels residus orgànics i proporcionen un important recurs agrari. Estem desenvolupant models espacialment explícits que proporcionin capacitat predictiva sobre els compostadors industrials.
- Tractament d'aigües residuals. La depuració biològica d'aigües residuals és un procés complex en el que hi ha molts factors implicats (físics, químics i biològics) amb certa similitud estructural respecte els models en sòls i dels processos de compostatge. Emprem el nostre model com a pont entre les dades experimentals existents i els resultats proposats per models matemàtics existents, per tal de validar-ne les premisses o proposar altres mecanismes.
La recerca s'ha realitzat en col·laboració amb el GIRO (Gestió Integral de Residus Orgànics), la Universitat de Lleida, la Universidad de Vigo i l'empresa Ros Roca S.A.
Comparteix: