Projectes de modelatge i simulació avançada de sistemes mitjançant l'entorn ARENA

RESUM En l’exercici de les funcions típiques de qualsevol activitat humana, l’home ha de prendre decisions d’un o altre tipus permanentment i aquesta situació porta afegit, per lo general risc i incertesa, el que compromet la qualitat i l’èxit de la decisió. Per ajudar i contrarestar aquesta situació, l’home ha desenvolupat a través del temps una diversitat d’eines que li permeten minimitzar el risc i la incertesa en la presa de decisions. La simulació és una d’aquestes eines. Mitjançant la seva aplicació no només s’aconsegueix la comesa anterior, sinó que també es minimitzen els costos involucrats en la decisió mitjançant un millor ús dels recursos, la disminució del temps emprat per a la seva realització i la minimització de les probabilitats de risc. Aquest projecte representa la continuació d’un primer estudi introductori de la simulació anomenat: Estudi i guia docent per a modelatge i simulació de sistemes mitjançant l’entorn ARENA [9]. Realitzat per l’alumna d’Enginyeria en Organització Industrial de la Universitat de Vic, Montse Carbonell Crosas, l’any 2008 i sota la codirecció del director d’aquest segon projecte, el professor Juli Ordeix Rigo. Aquest nou projecte s’inicia amb una primera part teòrica, continguda dins del primer volum, la qual reforça els conceptes teòrics referents a la simulació amb ARENA, ja vistos en l’anterior projecte. Complementant aquells considerats bàsics i els de més utilitat i finalitza introduint nous conceptes avançats. Els nous capítols de temàtica avançada, junt als primers més bàsics de la primera part són exercitats dins de la segona, formant el segon volum d’aquest projecte. El mateix requereix la participació activa de l’alumne, per tal de realitzar cadascun dels 89 exercicis pràctics que es plantegen i poder onsolidar l’aprenentatge teòric d’aquesta eina avançada de simulació fent consultes als apartats teòrics recomanats dins de cada exercici. La complexitat dels exercicis anirà augmentant gradualment i s’insisteix en seguir la metodologia presentada en el projecte per a realitzar-los tots de forma ordenada i ascendent. L’ alumne quan acabi la part pràctica, haurà consolidat tota la part teòrica i serà capaç d’exercir com analista per tal de generar els seus propis projecte de simulació.

Projectes de modelatge i simulació avançada de sistemes mitjançant l'entorn ARENA

En l’exercici de les funcions típiques de qualsevol activitat humana, l’home ha de prendre decisions d’un o altre tipus permanentment i aquesta situació porta afegit, per lo general risc i incertesa, el que compromet la qualitat i l’èxit de la decisió. Per ajudar i contrarestar aquesta situació, l’home ha desenvolupat a través del temps una diversitat d’eines que li permeten minimitzar el risc i la incertesa en la presa de decisions. La simulació és una d’aquestes eines. Mitjançant la seva aplicació no només s’aconsegueix la comesa anterior, sinó que també es minimitzen els costos involucrats en la decisió mitjançant un millor ús dels recursos, la disminució del temps emprat per a la seva realització i la minimització de les probabilitats de risc. Aquest projecte representa la continuació d’un primer estudi introductori de la simulació anomenat: Estudi i guia docent per a modelatge i simulació de sistemes mitjançant l’entorn ARENA [9]. Realitzat per l’alumna d’Enginyeria en Organització Industrial de la Universitat de Vic, Montse Carbonell Crosas, l’any 2008 i sota la codirecció del director d’aquest segon projecte, el professor Juli Ordeix Rigo. Aquest nou projecte s’inicia amb una primera part teòrica, continguda dins del primer volum, la qual reforça els conceptes teòrics referents a la simulació amb ARENA, ja vistos en l’anterior projecte. Complementant aquells considerats bàsics i els de més utilitat i finalitza introduint nous conceptes avançats. Els nous capítols de temàtica avançada, junt als primers més bàsics de la primera part són exercitats dins de la segona, formant el segon volum d’aquest projecte. El mateix requereix la participació activa de l’alumne, per tal de realitzar cadascun dels 89 exercicis pràctics que es plantegen i poder onsolidar l’aprenentatge teòric d’aquesta eina avançada de simulació fent consultes als apartats teòrics recomanats dins de cada exercici. La complexitat dels exercicis anirà augmentant gradualment i s’insisteix en seguir la metodologia presentada en el projecte per a realitzar-los tots de forma ordenada i ascendent. L’ alumne quan acabi la part pràctica, haurà consolidat tota la part teòrica i serà capaç d’exercir com analista per tal de generar els seus propis projecte de simulació.

Exploring the rate-limiting steps in visual phototransduction recovery by bottom-up kinetic modeling

Phototransduction in vertebrate photoreceptor cells represents a paradigm of signaling pathways mediated by G-protein-coupled receptors (GPCRs), which share common modules linking the initiation of the cascade to the final response of the cell. In this work, we focused on the recovery phase of the visual photoresponse, which is comprised of several interacting mechanisms. We employed current biochemical knowledge to investigate the response mechanisms of a comprehensive model of the visual phototransduction pathway. In particular, we have improved the model by implementing a more detailed representation of the recoverin (Rec)-mediated calcium feedback on rhodopsin kinase and including a dynamic arrestin (Arr) oligomerization mechanism. The model was successfully employed to investigate the rate limiting steps in the recovery of the rod photoreceptor cell after illumination. Simulation of experimental conditions in which the expression levels of rhodospin kinase (RK), of the regulator of the G-protein signaling (RGS), of Arr and of Rec were altered individually or in combination revealed severe kinetic constraints to the dynamics of the overall network. Our simulations confirm that RGS-mediated effector shutdown is the rate-limiting step in the recovery of the photoreceptor and show that the dynamic formation and dissociation of Arr homodimers and homotetramers at different light intensities significantly affect the timing of rhodopsin shutdown. The transition of Arr from its oligomeric storage forms to its monomeric form serves to temper its availability in the functional state. Our results may explain the puzzling evidence that overexpressing RK does not influence the saturation time of rod cells at bright light stimuli. The approach presented here could be extended to the study of other GPCR signaling pathways.

Additional compact formulas for vibrational dynamic dipole polarizabilities and hyperpolarizabilities

Compact expressions, complete through second order in electrical and/or mechanical anharmonicity, are given for the dynamic dipole vibrational polarizability and dynamic first and second vibrational hyperpolarizabilities. Certain contributions not previously formulated are now included

Knowledge management for systems biology a general and visually driven framework applied to translational medicine

Background: To enhance our understanding of complex biological systems like diseases we need to put all of the available data into context and use this to detect relations, pattern and rules which allow predictive hypotheses to be defined. Life science has become a data rich science with information about the behaviour of millions of entities like genes, chemical compounds, diseases, cell types and organs, which are organised in many different databases and/or spread throughout the literature. Existing knowledge such as genotype - phenotype relations or signal transduction pathways must be semantically integrated and dynamically organised into structured networks that are connected with clinical and experimental data. Different approaches to this challenge exist but so far none has proven entirely satisfactory. Results: To address this challenge we previously developed a generic knowledge management framework, BioXM™, which allows the dynamic, graphic generation of domain specific knowledge representation models based on specific objects and their relations supporting annotations and ontologies. Here we demonstrate the utility of BioXM for knowledge management in systems biology as part of the EU FP6 BioBridge project on translational approaches to chronic diseases. From clinical and experimental data, text-mining results and public databases we generate a chronic obstructive pulmonary disease (COPD) knowledge base and demonstrate its use by mining specific molecular networks together with integrated clinical and experimental data. Conclusions: We generate the first semantically integrated COPD specific public knowledge base and find that for the integration of clinical and experimental data with pre-existing knowledge the configuration based set-up enabled by BioXM reduced implementation time and effort for the knowledge base compared to similar systems implemented as classical software development projects. The knowledgebase enables the retrieval of sub-networks including protein-protein interaction, pathway, gene - disease and gene - compound data which are used for subsequent data analysis, modelling and simulation. Pre-structured queries and reports enhance usability; establishing their use in everyday clinical settings requires further simplification with a browser based interface which is currently under development.