Desarrollo de una plataforma web de simulación de biocircuitos

Galán Berasaluce, David (2017). Desarrollo de una plataforma web de simulación de biocircuitos. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S. de Ingenieros Informáticos (UPM), Madrid, España.

Descripción

Título: Desarrollo de una plataforma web de simulación de biocircuitos
Autor/es:
  • Galán Berasaluce, David
Director/es:
  • Rodríguez-Patón Aradas, Alfonso
Tipo de Documento: Proyecto Fin de Carrera/Grado
Grado: Grado en Ingeniería Informática
Fecha: Junio 2017
Materias:
Escuela: E.T.S. de Ingenieros Informáticos (UPM)
Departamento: Inteligencia Artificial
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

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Resumen

La biología sintética es una nueva rama de la biología que aplica los principios de la ingeniería a los componentes fundamentales de la biología permitiendo la creación, control y programación del comportamiento de organismos. Se puede modificar la información genética de una célula que le proporcione un nuevo comportamiento. Utilizando estas modificaciones se puede crear un circuito genético, lo cual puede ser visto como un o un conjunto de circuitos lógicos. Por ejemplo se puede crear un circuito en el que si existe una alta concentración de la proteína x y una alta concentración de la proteína y implique la producción de la proteína z. El desarrollo de simuladores y entornos de bioCAD presenta un apoyo fundamental para el biólogo sintético en la ingeniería de nuevos circuitos genéticos para predecir el comportamiento real de sus biocircuitos antes de realizar la prueba en laboratorio. En biología sintética el uso de simuladores permite el prototipado de nuevos diseños, eliminando aquellos que son defectuosos. A través de estas herramientas se consigue reducir en tiempo y coste el desarrollo del proceso de creación de organismos que muestren nuevos comportamientos no existentes en la naturaleza. Actualmente debido al avance y mejora en temas de infraestructuras de redes muchas compañías ofrecen sus servicios a través de una plataforma web (PaaS, Platform as a Service). La idea que se desarrolla en este documento es ofrecer el uso de un simulador como servicio web. En el presente proyecto se describe la solución planteada a la plataforma requerida. Se ha realizado el diseño de la arquitectura y posterior implementación de la plataforma web. El simulador que se ha utilizado para la fase de la simulación de la especificación es GRO, desarrollado originalmente por el laboratorio de Klavins de la Universidad de Washington, y posteriormente mejorado por el grupo LIA de la Escuela Superior de Ingenieros Informáticos de la Universidad Politécnica de Madrid. GRO es en un entorno de simulación de bacterias programadas con circuitos genéticos sintéticos que sirve de herramienta de prototipado rápido para que los biólogos sintéticos puedan predecir el comportamiento real de sus biocircuitos. GRO utiliza un modelo basado en agentes, se centra en cómo un individuo interactúa con los demás individuos y con el entorno. Ofreciendo el simulador como plataforma en lugar de como software implica que el simulador no necesite estar ligado a ningún sistema operativo para poder ser utilizado. El usuario no requiere de la instalación de ningún simulador y además no necesita realizar tareas de actualización del software, lo que se traduce en una ganancia en tiempo. El usuario puede acceder a este simulador a través del navegador web estableciendo una conexión con el servidor donde se encuentra el simulador. Esta idea es muy útil sobre todo para usuarios potenciales, biólogos principalmente, como primera aproximación al simulador. Se ha desarrollado una arquitectura cliente-servidor. En el lado del servidor se encuentra el propio servidor y el simulador. El servidor establece una conexión con el simulador para enviarle la especificación y recibir la información de la simulación realizada. En el lado cliente se ha desarrollado una interfaz que consta de las principales funciones que tiene la versión gráfica del simulador GRO y gestiona la información que recibe de la simulación realizada.---ABSTRACT---Synthetic biology is a new branch of biology where the principles of engineering are applied to the fundamental components of biology allowing the creation, control and programming of organism behaviour. Cell genetic information can be modified, yielding new behaviours. Genetic circuits can be built by using these modifications. These circuits can be interpreted as logic circuits. For instance, it can be created a circuit where a high concentration of proteins x and y implies the production of protein z. The rise of simulators and bioCAD environment has provided synthetic biologist wiith helpful tolos to predict the real behaviour of their biocircuits before implementing these designs in the wet lab. The use of simulators in synthetic biology provides for prototyping of new designs, allowing to promptly discard flawed ones. Simulators grant a time and cost reduction in the creation process of organisms exhibiting novel and unnatural behaviours. Currently, due to advances and improvements in network infrastructures, many companies offer their services in the form of web platform (PaaS, Platform as a Service). The main idea of this document is to present a simulator as a web service. An architectural design and the web platform implementation have been developed. The GRO simulator, originally developed by Klavins Laboratory from the University of Washington, and then improved by the LIA group from Escuela Técnica Superior de Ingenieros Informáticos of Technical University of Madrid, has been used for prototyping designs. GRO is a simulation framework that provides for rapid prototyping of cells carrying synthetic circuits. With this tool, synthetic biologists can predict the behaviour of their biocircuits. GRO is an agent based model (AbM) simulator where each cell is an agent that interact with other agents and the environment. Porting a simulator to a platform architecture frees it from an OS dependence. The user does not need any installation nor updates, accelerating access to simulator. A user can access the simulator through a web browser establishing a connection to the server where the simulator is located. This idea is useful for attracting potential users, such as biologists, and offering a first approach to the simulator. A client-server architecture has been developed. The server side includes the server process and the simulator. The server process creates a connection to the simulator to send the specification and receive information from the simulation. The client side includes a GUI (Graphical User Interface) with the main functions provided by the software version of the simulator. It also manages the information coming from the simulation.

Más información

ID de Registro: 47178
Identificador DC: http://oa.upm.es/47178/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:47178
Depositado por: Biblioteca Facultad de Informatica
Depositado el: 11 Jul 2017 12:17
Ultima Modificación: 11 Jul 2017 12:17
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