Os sistemas L são uma estrutura útil para modelagem o desenvolvimento de estruturas crescentes lineares e ramificadas de organismos, desde plantas herbáceas até árvores e ecossistemas vegetais inteiros. Eles podem ser usados para modelar processos de nível molecular, como a regulação do crescimento e diferenciação por redes reguladoras genéticas, interações fonte-dreno, e regulação metabólica. Até agora, a dinâmica desses processos foi expressa por meio de equações diferenciais, implicando concentrações continuamente valorizadas das substâncias envolvidas. Essa suposição não é satisfeita em muitos processos biológicos quando o número de moléculas é relativamente baixo.
Em seu novo artigo publicado em in silico Plantas, Cieslak e Prusinkiewicz que acontecerá no marco da Grupo de pesquisa em Modelagem e Visualização Biológica no Departamento de Ciência da Computação da Universidade de Calgary, propõe e testa os sistemas L integrados e o Algoritmo de Simulação Estocástica de Gillespie para simular processos estocásticos em estruturas lineares fixas e em desenvolvimento.
De acordo com Mikolaj Cieslak, associado de pesquisa sênior, “o método de Gillespie é uma técnica de simulação bem conhecida para cinética bioquímica discreta e é preciso mesmo quando o número de moléculas é pequeno. Sua integração com os sistemas L oferece uma estrutura conveniente para estudar o efeito do ruído nos processos de desenvolvimento na natureza.”
Os autores ilustram a força dos sistemas L de Gillespie usando exemplos de processos morfogenéticos que incluem difusão de reação e padronização acionada por auxina. “Em cada caso, conseguimos destacar o impacto que o número de moléculas tem nas características da solução”, diz o professor Przemyslaw Prusinkiewicz. Os autores também mostram que, como esperado, as soluções estocásticas convergem para suas contrapartes contínuas à medida que o número de moléculas aumenta.
O método e o software apresentados podem ser usados para simular processos estocásticos espacialmente explícitos moleculares e de alto nível em estruturas estáticas e em desenvolvimento, e estudar seu comportamento na presença de perturbações estocásticas.
O software para executar os modelos está disponível no site do laboratório: http://www.algorithmicbotany.org
Os modelos estão disponíveis mediante solicitação aos autores.
