MAC0375 Biologia de Sistemas
OBJETIVOS: A Biologia de Sistemas (ou Biologia Sistêmica) é o estudo das interações entre os componentes de um sistema biológico e como essas interações fazem emergir função e comportamento deste sistema. A abordagem utilizada na Biologia de Sistemas é caracterizada pelo uso de experimentos para medir quantitativamente processos biológicos, modelagem matemática e computacional, inferência dos parâmentros destes modelos e sua análise. Estes estudos podem ter grande impacto em domínios tais como prevenção e diagnóstico de doenças, bem como encontrar novas estratégias de tratamento, síntese de medicamentos, controle de pragas, melhoria de espécies vegetais e animais, etc. O objetivo desta disciplina é familiarizar o aluno com modelagem e inferência de sistemas biológicos.
PROGRAMA: Modelagem. Modelos matemáticos: estocáticos x determinístico, discretos x contínuos, estáticos x dinâmicos, linear x não-linear. Sistemas dinâmicos: topologia, estabilidade, robustez. Cadeias de Markov: Homogênea e Ergódica, Redes Booleanas Probabilísticas (PBNs), Redes Genéticas Probabilísticas (PGNs). Alguns exemplos de modelos matemáticos para sistemas biológicos (ciclo celular, epidemiologia, vias de sinalização, vias metabólicas). Redes complexas: definição de redes livres de escala e de mundo pequeno. Medidas: diâmetro, centralidade, coeficiente de clusterização. Modularidade. Algoritmos de clusterização em grafos. Inferência. Medidas de dependência (Pearson, Spearman, Kendall, informação mútua). Correlação parcial. Correlação local. Correlação variante no tempo. Medidas de dependência multivariada: Coeficiente de Determinação e Entropia Condicional Mútua. Aplicações de medidas de dependência para construção de redes de regulação gênica. Estudos de caso biológicos: inferência da topologia de redes gênicas de um parasite da malaria a partir de série temporal de expressão gênica medida por microarray; modelagem estocástica da dinâmica de controle do ciclo cellular; inferência de vias de sinalização do ciclo cellular a partir do modelo cinético de vias conhecidas e de medidas dinâmicas de concentracão de espécies químicas pertencentes ao sistema.
RESPONSÁVEIS: André Fujita, Junior Barrera, Ronaldo Fumio Hashimoto.
PRÉ-REQUISITOS: Não há.
CARGA HORÁRIA SEMANAL E NÚMERO DE CRÉDITOS: 4 horas, 4 créditos-aula.
CRITÉRIO DE AVALIAÇÃO DA APRENDIZAGEM: Média ponderada de provas, exercícios e projetos.
BIBLIOGRAFIA BÁSICA:
- U. Alon, An Introduction to Systems Biology: Design Principles of Biological Circuits, Second Edition, Chapman and Hall/CRC, 2015.
- A. Kremling, Systems Biology: Mathematical Modeling and Model Analysis, Chapman and Hall/CRC, 2013.
- D.J. Wilkinson, Stochastic Modelling for Systems Biology, Chapman & Hall/CRC Mathematical and Computational Biology, Second Edition, 2011.
- B. Shipley, Cause and Correlation in Biology: a user's guide to path analysis, structural equations and causal inference, Cambridge.
- E.R. Dougherty, M.L. Bittner, Epistemology of the Cell: A Systems Perspective on Biological Knowledge, IEEE Press Series on Biomedical Engineering, 2011.
OBSERVAÇÃO: Disciplina optativa nos currículos do BCC.
[Veja dados da disciplina no JúpiterWeb]