“ SIMULACIÓN DEL CRECIMIENTO POBLACIONAL

A TRAVÉS DEL USO DE AUTÓMATAS CELULARES

DE COLONIAS DE HONGOS EN CULTIVO Y CLONES CELULARES ”

OBJETIVOS

Simular el Crecimiento de Poblaciones de Colonias de Hongos en Cultivo y Clones Celulares utilizando Autómatas Celulares Bidimensionales Probabilísticos.

Diseñar las reglas para modelar el crecimiento de colonias de hongos en cultivo y clones celulares con el uso del Autómata Celular.

Diseñar el Autómata Celular Bidimensional Probabilístico para cada Sistema Biológico.

Modelar el crecimiento poblacional de colonias de hongos en cultivo y clones celulares para visualizar la evolución en el Autómata Celular.

CONCEPTUALIZACIÓN DE AUTÓMATAS CELULARES Y SISTEMAS BIOLÓGICOS

La teoría de los Autómatas Celulares (AC) fue

concebida originalmente por Ulam y Von Neuman

en los años 40, para proporcionar un marco

formal a la investigación del comportamiento de

sistemas complejos(una célula, un cerebro, un

organismo, una computadora, un ecosistema, un

sistema inmunológico o una economía de

mercado). Luego ganó popularidad tres décadas

más tarde a través de John Conway con su

"Juego de la Vida".

INTRODUCCIÓN A LOS AUTÓMATAS CELULARES

¿ QUÉ ES UN AUTÓMATA CELULAR ?

AUTÓMATA CELULAR

espacio dividido

sus estados

celdaslargo del

tiempo

reglas

entorno

es un

en

varía

a lo

de acuerdo

dependen

un estado

puede tomar

Conjunto finito de celdas distribuidas en una rejilla n-dimensional

Cada celda puede estar en un único

estado en el tiempo

El estado de las celdas cambia de un instante a

otro de acuerdo a un conjunto de reglas

El vecindario de una celda está formado por lasceldas contiguas

Las reglas son de estado finito y controlan los

cambios de estado

CARACTERÍSTICAS DEL

AUTÓMATA CELULAR

COMPONENTES DE UN

AUTÓMATA CELULAR

Espacio

Estado

Vecindad

Reglas

Reloj Virtual

Es la matriz dentro de la cual se expande el modelo simulado

Consiste en asignarle un valor a cada celda del autómata

Es el conjunto contiguo de celdas a cada celda del autómata

Es cualquier función que asocie el conjunto de estados de un entornocon el estado siguiente de la celda

Genera pulsos indicando que debe aplicarse la regla de evolución y de

esta forma cada celda cambiará de estado

ENTORNOS

Von Neuman Moore Moore Extendidos Margolus

Celdas situadas

arriba, abajo

y en los

dos lados.

Incluye las

celdas

diagonales

Celdas

situadas

a 2 cuadrados

de distancia

Bloques de

células,

se modifican

globalmente

TIPOS DE

AUTÓMATAS

UNIDIMENSIONALES BIDIMENSIONALES

TRIDIMENSIONALES PROBABILÍSTICOS

¿ QUÉ ES UN SISTEMA BIOLÓGICO ?

Está constituido por muchos componentes que interactúan unos con otros de formas a veces muy complicadas.

El modelo matemático para un sistema biológico equivale a una ecuación matemática o a un conjunto de ellas, en base a las cuales podemos conocer el comportamiento del sistema.

CLON CELULAR

Un clon es una unidadgenéticamente igual a la unidad

de la que está clonado,posee las mismas características

genéticas y por lo tanto la misma función.

Suceso celular que se produce de modo repetido y que da lugar a la proliferación celular.

CICLO CELULAR

FASE G0 No ocurre nada

FASE G1- Se dobla la

cantidad de DNA

- Se replican los cromosomas

MITOSISCromosomas se separan y la célula se divide en dos células

(hijas)

FASE G2Continúa el crecimiento celular, por lo que se requiere de proteínas y RNA

HONGO

Un hongo es un organismo

unicelular o pluricelular

que se alimenta mediante

la absorción directa

de nutrientes

Requiere de ciertos

factores para la regulación

de su crecimiento

y desarrollo

CLASIFICACIÓNDE LOS

HONGOS

ASCOMICETES BASIDIOMICETES

FICOMICETES MIXOMICETES

La reproducción de los hongos se da a nivel de las esporas que van formando ramificaciones llamadas hifas, de esa forma el hongo va creciendo hasta alcanzar una madurez absoluta.

Ramificación del hongo

REPRODUCCIÓN DE LOS HONGOS

DISEÑO DEL AUTÓMATA CELULAR BIDIMENSIONAL PROBABILÍSTICO

DISEÑO FORMAL -> CLONES CELULARES

1. Seguimiento de la reproducción de los clones celulares

2. Factores que producen el crecimiento y muerte de las células

Temperatura

CO2

Extracto

INVESTIGACIÓN DE

LABORATORIO

PREPARACIÓN DE CLONES A SEMBRAR

PREPARAR CAJAS PETRI

PREPARACIÓN DE FRASCOS

PREPARAR MEDIO HAMF 12

EXTRAER MEDIO HAMF 12

COLOCAR HAMF 12 EN FRASCOS DE CÉLULAS

CERRAR FRASCOS DE CÉLULAS

INCUBAR A 37º

QUITAR MEDIO HAMF 12 DEL FRASCO

PREPARACIÓN DE LA CABINA DE RAYOS UV

TRASLADAR CLONES A LAS CAJAS PETRI

COLOCAR CAJAS PETRI EN INCUBADORA

INCUBAR DURANTE 6 DÍAS

COLOCAR CÉLULAS EN EL MICROSCOPIO

VISUALIZAR COLONIAS

COLONIA 1

COLONIA 2

TEÑIR Y CONTAR CLONES CELULARES 1

TEÑIR Y CONTAR CLONES CELULARES 2

3. Modelo

Matemático

4. Modelo

Probabilístico

5. Construcción

de Reglas

REGLAS DE CRECIMIENTO

REPRODUCCIÓN ÓPTIMA DE LAS CÉLULAS

REPRODUCCIÓN LENTA DE LAS CÉLULAS

MUERTE LENTA DE LAS CÉLULAS

Muerte de las Células: a) Temperatura 38º, b) Temperatura 39º, c) Temperatura 40º

MUERTE LENTA DE LAS CÉLULAS

Muerte Lenta de las Células sometido a una temperatura de 24º y una dosis de 100 ppm

Muerte total de las Células

Temperatura Controlada

Medio

Temperatura Ambiente

DISEÑO FORMAL -> HONGOS EN CULTIVO

1. Seguimiento de la reproducción de los hongos en cultivo

2. Factores que producen el crecimiento y muerte de los hongos

PREPARACIÓN DE MEDIOS

AUTOCLAVAR MEDIOS

ETIQUETAR CAJAS PETRI

CLASIFICAR CAJAS PETRI

ORDENAR CAJAS PETRI

CABINA LISTA PARA SEMBRAR

COLOCARSE INDUMENTARIA APROPIADA

ENCENDER MECHEROS

SEMBRAR HONGO EN LA CAJA PETRI

CERRAR CAJAS PETRI

COLOCAR PARAFINA

HONGOS SEMBRADOS

ORGANIZAR HONGOS SEMBRADOS

TAMAÑO INICIAL

INCUBADORA 37º

HONGOS SOMETIDOS A 37º

INCUBADORA 30º

HONGOS COLOCADOS A 30º

CONGELAR 4º

HONGOS COLOCADOS A 4º

CLASIFICACIÓN DE HONGOS SEMBRADOS LUZ Y OSCURIDAD

HONGOS SOMETIDOS A LUZ

HONGOS SOMETIDOS A OSCURIDAD

CRECIMIENTO DE HONGOS SEMBRADOS

HONGOS MUERTOS Y CONGELADOS

N

xnxxx

...21

3. Modelo

Estadístico

4. Construcción

de Reglas

REGLAS DE CRECIMIENTO

REPRODUCCIÓN ÓPTIMA DE LOS HONGOS

REPRODUCCIÓN LENTA DE LOS HONGOS

CONGELACION DE LOS HONGOS

MUERTE DE LOS HONGOS

SIMULACIÓN DEL CRECIMIENTO DE CLONES CELULARES Y COLONIAS DE

HONGOS EN CULTIVO

¿ QUÉ ES NETLOGO ?

NetLogo es un ambiente modelado programable para simular sistemas naturales y sociales, principalmente de tipo complejo que evolucionan con el tiempo.

Permite a los estudiantes o usuarios realizar simulaciones, explorando su conducta bajo varias condiciones. También permite la simulación de nuevos modelos propios de diseñadores.

CARACTERÍSTICASDE

NETLOGO

MultiplataformaEstructura de

Lenguaje simple

Constructor de Interfaz

Exporta e importa funciones

SIMULACIÓN DEL CRECIMIENTO POBLACIONAL DE CLONES CELULARES UTILIZANDO AUTÓMATAS CELULARES

TEMPERATURA = 37

CO2 = 5

DOSIS-EXTRACTO <= 3

REGLAS DE EVOLUCIÓN

REPRODUCCIÓN ÓPTIMA DE LAS CÉLULAS

TEMPERATURA >= 17

TEMPERATURA <= 20

CO2 = 5

DOSIS-EXTRACTO <= 3

REPRODUCCIÓN LENTA DE LAS CÉLULAS

TEMPERATURA = 39

CO2 = 5

DOSIS-EXTRACTO <= 3

REPRODUCCIÓN MUERTE LENTA DE LAS CÉLULAS

ENVIO DE DATOS A HOJAS DE EXCEL

Eficiencia en Placa

Curva de Crecimiento

Suero Fetal Bovino

SIMULACIÓN DEL CRECIMIENTO POBLACIONAL DE HONGOS EN

CULTIVO UTILIZANDO AUTÓMATAS CELULARES

HONGOS = 54

TEMPERATURA >= 15

TEMPERATURA <= 17

MEDIO-LUZ = MMNC

LUZ? = true

OSCURIDAD? = false

MEDIO-OSCURIDAD = "---“

INCUBADORAS = AMBIENTE

REGLAS DE EVOLUCIÓN

REPRODUCCIÓN ÓPTIMA DEL HONGO

HONGOS = "54“TEMPERATURA >= 15TEMPERATURA <= 17MEDIO-LUZ = "MYP“LUZ? = trueOSCURIDAD? = falseMEDIO-OSCURIDAD = "---“INCUBADORAS = AMBIENTE

REPRODUCCIÓN LENTA DEL HONGO

HONGOS = 54

TEMPERATURA <= 5

MEDIO-LUZ = MMNC

MEDIO-OSCURIDAD = "---“

INCUBADORAS = "INCUBADORA 5º

LUZ? = true

OSCURIDAD? = false

CONGELACIÓN DEL HONGO

HONGOS = 54

TEMPERATURA > 33

MEDIO-LUZ = MYP o MEA o MMNC

INCUBADORAS = 37º

LUZ? = true

OSCURIDAD? = false

MEDIO-OSCURIDAD = "---"

MUERTE DEL HONGO