مدل سازی شبکه های زیست مولکولی در سلول ها: ساختارها و پویایی ها ۲۰۱۰
Modeling Biomolecular Networks in Cells: Structures and Dynamics 2010

الهام گرفتن از طبیعت، همواره یکی از موضوعات پیشرفت های فناورانه بشر بوده است، اما تنها مهارت های نویافته ما در دستکاری مولکولی و پویایی های پیچیده غیرخطی است که این چشم انداز را فراهم می آورد که بتوانیم با کنترل شبکه های سلولی، بلوک های سازنده حیات را به عنوان ابزاری برای پیشبرد توانایی هایمان در مدارها، سیستم ها و رایانه ها به خدمت بگیریم.

کتاب “مدل سازی شبکه های زیست مولکولی در سلول ها” نشان می دهد که چگونه می توان تعامل بین اجزای مولکولی موجودات زنده پایه را به صورت ریاضی مدل سازی کرد و از این مدل ها برای ایجاد موجودیت های زیستی مصنوعی در درون سلول ها استفاده نمود. چنین مهندسی معکوسی، به دلیل تعریف ناصحیح مسائل و پیچیدگی اساسی تعاملات حتی در ابتدایی ترین سلول های زیستی، وظیفه ای دشوار است. روش های دینامیکی غیرخطی که در این کتاب مورد حمایت قرار می گیرند، زیست شناسی را ساده می کنند تا بتوان آن را با موفقیت درک کرد و سنتز نوسان سازها و مولدهای ریتم ساده زیستی را امکان پذیر ساخت. این واحدهای ساده اما از نظر مهندسی نامتعارف، می توانند با استفاده از زیست مولکول های سیگنال دهی بین سلولی هماهنگ شوند. تشکیل چنین شبکه های چند سلولی دست ساز با هدف تولید حسگرهای زیستی، گیت های منطقی، اشکال جدید مدارهای مجتمع مبتنی بر “تراشه های ژنی” و حتی رایانه های زیستی، گامی مهم در طراحی “الکترونیک” سریع تر و انعطاف پذیرتر برای آینده است. این کتاب همچنین چارچوب ها و ابزارهای نظری را برای تحلیل پدیده های دینامیکی غیرخطی، مانند رفتار جمعی، که از اتصال بلوک های سازنده در یک شبکه زیست مولکولی ناشی می شوند، ارائه می دهد.

پژوهشگران و دانشجویان تحصیلات تکمیلی از رشته های مختلف: مهندسی، ریاضیات کاربردی، علوم کامپیوتر و زیست شناسی کمی، این کتاب را آموزنده و ارزشمند خواهند یافت. متن کتاب، درک پایه ای از معادلات دیفرانسیل را مفروض می گیرد و زیست شناسی مولکولی مورد نیاز، فصل به فصل مورد بررسی قرار می گیرد، بنابراین تنها دانش زیست شناسی دبیرستان کافی است.

Taking ideas from nature has been a theme of humanity’s technological progress but it is only our newfound expertise in molecular manipulation and complex nonlinear dynamics that allows us the prospect of conscripting the building blocks of life as a means of furthering our abilities in circuits, systems and computers by the control of cellular networks.

Modeling Biomolecular Networks in Cells shows how the interaction between the molecular components of basic living organisms can be modelled mathematically and the models used to create artificial biological entities within cells. Such forward engineering is a difficult task because of the ill-posed nature of the problems and because of the fundamental complexity of the interactions within even the most primitive biological cell. The nonlinear dynamical methods espoused in this book simplify the biology so that it can be successfully understood and the synthesis of simple biological oscillators and rhythm-generators made feasible. Such simple but, from an engineering point of view, unconventional units can then be co-ordinated using intercellular signal biomolecules. The formation of such man-made multicellular networks with a view to the production of biosensors, logic gates, new forms of integrated circuitry based on “gene-chips” and even biological computers is an important step in the design of faster and more flexible “electronics” for the future. The book also provides theoretical frameworks and tools with which to analyze the nonlinear dynamical phenomena, such as collective behaviour, which arise from the connection of building blocks in a biomolecular network.

Researchers and graduate students from a variety of disciplines: engineering, applied mathematics, computer science and quantitative biology will find this book instructive and valuable. The text assumes a basic understanding of differential equations and the necessary molecular biology is dealt with chapter by chapter so only high-school biology is required.