Identificabilidad estructural y observabilidad de modelos de comunidades microbianas
Autores: Díaz-Seoane, Sandra; Sellán, Elena; Villaverde, Alejandro F.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Identificabilidad estructural y observabilidad de modelos de comunidades microbianas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Bioingeniería
Palabras clave
Comunidades biológicas
Comunidades microbianas
Microorganismos
Aplicaciones biotecnológicas
Aplicaciones biomédicas
Ecuaciones diferenciales ordinarias
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 42
Citaciones: Sin citaciones
Las comunidades biológicas son poblaciones de diversas especies que interactúan en un lugar común. Las comunidades microbianas, formadas por microorganismos, son ubicuas en la naturaleza y se utilizan cada vez más en aplicaciones biotecnológicas y biomédicas. Son sistemas no lineales cuya dinámica puede describirse con precisión mediante modelos de ecuaciones diferenciales ordinarias (ODEs). Se han propuesto varios modelos de ODE para describir comunidades microbianas. Sin embargo, la identificabilidad estructural y la observabilidad de la mayoría de ellos, es decir, la posibilidad teórica de inferir sus parámetros y estados internos observando su salida, aún no se ha determinado. Es importante establecer si un modelo posee estas propiedades, ya que, en su ausencia, la capacidad de un modelo para hacer predicciones confiables puede verse comprometida. Por lo tanto, en este documento, analizamos estas propiedades para las principales familias de modelos de comunidades microbianas. Consideramos varias dimensiones y medidas; en general, analizamos más de cien configuraciones diferentes. Descubrimos que algunos de ellos son completamente identificables y observables, pero varios casos son estructuralmente no identificables y/o no observables en condiciones experimentales típicas. Nuestros resultados ayudan a decidir qué marcos de modelado pueden usarse para un propósito dado en esta área emergente, y cuáles deben evitarse.
Descripción
Las comunidades biológicas son poblaciones de diversas especies que interactúan en un lugar común. Las comunidades microbianas, formadas por microorganismos, son ubicuas en la naturaleza y se utilizan cada vez más en aplicaciones biotecnológicas y biomédicas. Son sistemas no lineales cuya dinámica puede describirse con precisión mediante modelos de ecuaciones diferenciales ordinarias (ODEs). Se han propuesto varios modelos de ODE para describir comunidades microbianas. Sin embargo, la identificabilidad estructural y la observabilidad de la mayoría de ellos, es decir, la posibilidad teórica de inferir sus parámetros y estados internos observando su salida, aún no se ha determinado. Es importante establecer si un modelo posee estas propiedades, ya que, en su ausencia, la capacidad de un modelo para hacer predicciones confiables puede verse comprometida. Por lo tanto, en este documento, analizamos estas propiedades para las principales familias de modelos de comunidades microbianas. Consideramos varias dimensiones y medidas; en general, analizamos más de cien configuraciones diferentes. Descubrimos que algunos de ellos son completamente identificables y observables, pero varios casos son estructuralmente no identificables y/o no observables en condiciones experimentales típicas. Nuestros resultados ayudan a decidir qué marcos de modelado pueden usarse para un propósito dado en esta área emergente, y cuáles deben evitarse.