Los sistemas L son un marco útil para modelar el desarrollo de estructuras lineales y ramificadas en crecimiento de organismos, desde plantas herbáceas hasta árboles y ecosistemas vegetales completos. Se pueden utilizar para modelar procesos a nivel molecular como la regulación del crecimiento y la diferenciación por redes reguladoras genéticas, interacciones fuente-sumidero, y regulación metabólica. Hasta ahora, la dinámica de estos procesos se ha expresado mediante ecuaciones diferenciales, lo que implica concentraciones de valor continuo de las sustancias involucradas. Esa suposición no se cumple en muchos procesos biológicos cuando el número de moléculas es relativamente bajo.
En su nuevo artículo publicado en in silico Plantas, Cieslak y Prusinkiewicz de Grupo de investigación Modelado y Visualización Biológica en el Departamento de Ciencias de la Computación de la Universidad de Calgary, proponga y pruebe los sistemas L integrados y el algoritmo de simulación estocástica de Gillespie para simular procesos estocásticos en estructuras lineales fijas y en desarrollo.
Según el investigador asociado sénior Mikolaj Cieslak, “el método de Gillespie es una técnica de simulación muy conocida para la cinética bioquímica discreta y es precisa incluso cuando el número de moléculas es pequeño. Su integración con L-systems ofrece un marco conveniente para estudiar el efecto del ruido en los procesos de desarrollo en la naturaleza”.
Los autores ilustran la fuerza de los sistemas L de Gillespie utilizando ejemplos de procesos morfogenéticos que incluyen la reacción-difusión y el patrón impulsado por auxinas. “En cada caso, pudimos resaltar el impacto que tiene la cantidad de moléculas en las características de la solución”, dice el profesor Przemyslaw Prusinkiewicz. Los autores también muestran que, como se esperaba, las soluciones estocásticas convergen a sus contrapartes continuas a medida que aumenta el número de moléculas.
El método y el software presentados se pueden utilizar para simular procesos estocásticos espacialmente explícitos moleculares y de nivel superior en estructuras estáticas y en desarrollo, y estudiar su comportamiento en presencia de perturbaciones estocásticas.
El software para ejecutar los modelos está disponible en el sitio web del laboratorio: http://www.algorithmicbotany.org
Los modelos están disponibles previa solicitud a los autores.
