Octubre 4-8, 2021

Integración de escalas

EOBM y ENBM

La incursión de las matemáticas en el estudio de problemas de áreas de conocimiento tales como: biología, medicina, ecología, genética, entre otras; han tenido como objetivos principales, la descripción y la explicación de fenómenos naturales, así como la predicción de los mismos. De igual manera, en esta incursión, los fenómenos naturales estudiados se han visto beneficiados por la diversidad de enfoques con los que se han estudiado, generando una gran interacción entre especialistas de las distintas áreas del conocimiento científico. En consecuencia, el surgimiento de una rama científica, denominada Biología Matemática, ha surgido como una interdisciplina que captura los elementos esenciales para el análisis óptimo y riguroso de fenómenos naturales.

En nuestro país, desde hace dos décadas, la Escuela de Otoño y el Encuentro Nacional de Biología Matemática (EOBM y ENBM, respectivamente) han cultivado esta área, fomentado la difusión de los conocimientos adquiridos, así como el interés por nuevos enfoques y entendimiento de estos fenómenos entre estudiantes de licenciatura y posgrado, y académicos en diversas instituciones de investigación y enseñanza, tanto nacionales como internacionales.

La Escuela de Otoño de Biología Matemática (EOBM) tiene como objetivo difundir y estimular el interés por el área de estudio que comparten las Ciencias Matemáticas y la Biología. De esta manera, se pretende generar vínculos de trabajo entre los investigadores y alumnos que participen en ella. La XXII EOBM consta de cuatro cursos en áreas de interés a la Biología Matemática, que en esta edición tendrán como temática central La Integración de Escalas.

Por su parte, el Encuentro Nacional de Biología Matemática (ENBM) busca brindar un panorama actual de la investigación en Biología Matemática. El XVI ENBM consta de una plática plenaria, pláticas invitadas con la misma temática central de la EOBM. Asimismo, esta edición del ENBM contará con un panel que analizará el papel de la Biología Matemáticas post pandemia y la presentación de carteles por parte de estudiantes e investigadores.

La XXII EOBM y el XVI ENBM se llevarán a cabo de manera conjunta y virtual del 4 al 8 de octubre de 2021. El envío de solicitudes esta actualmente abierto. No pierdas la oportunidad, el número de lugares para los cursos es limitado.


XXII Escuela de Otoño en Biología Matemática
XVI Encuentro Nacional de Biología Matemática - México


Ponentes


Programa - 4 al 8 de octubre 2021

En vivo por Zoom. Transmisión simultánea en Facebook y YouTube.


Programa en pdf
  • Lunes 4

    Phyllotaxis at the era of molecular and computational biology: The revival of an old enigma

    Over the last two centuries, multidisciplinary research on phyllotaxis has led to a common deterministic explanation of the striking symmetries displayed by the arrangement of organs along plant axes. In this view, recently created primodia at the tip of axes locally inhibit the formation of other primordia in their immediate vicinity. Due to growth, these already existing primordia get progressively away from the initiation zone, leaving periodically space for new initiations at the tip. The frequency and position of these initiations emerge from this dynamical process and produce these familiar spiral and whorl patterns. This deterministic vision, based on the production of a field of inhibition by each primordium, largely prevailed at the end of the 20th century as the “classical model” of phyllotaxis. But no clear physical or molecular interpretation of these fields was known. In recent years, however, due to the spectacular progresses of molecular biology and imaging techniques, it became possible to seek for the mechanistic causes of these inhibitory interactions. In this talk, I will sketch the progresses that have been made in the last 15 years in trying to find out the bio-chemical and/or physical actors underlying the classical model’s hypotheses. I will emphasize how a deeper understanding of the phyllotaxis mechanism and model extensions have progressively emerged from the fertile dialogue between biology, mathematics and computer science.

  • Lunes 4

    Patrones: Método de multiescalas para estudiar sistemas cerca de la bifurcación de Turing y Hopf

    En esta charla platicaremos de bifurcaciones (Turing, Hopf, y Turing-Hopf) que surgen en sistemas reacción difusión, y cómo es que dan lugar a soluciones períodicas en espacio y/o en tiempo. También platicaremos de cómo se puede determinar a partir de la relación de dispersión. Finalmente presentaremos el método de multiescales como herramienta que nos permite considerar soluciones aproximadas en el regimen débilmente no lineal, y esbozaremos sus predicciones con fenómenos como la persistencia de patrones, los distintos tipos de turbulencia y la histéresis.

  • Lunes 4

    Patrones: Filotaxia y patrones de Turing

    La filotaxia se refiere al proceso del desarrollo vegetal en el que las plantas producen sus nuevos órganos aéreos, tales como hojas, flores o espinas. Las hojas, flores y otros órganos aéreos forman patrones espaciales altamente simétricos y con propiedades matemáticas interesantes: poseen una relación estrecha con la sucesión de Fibonacci y el número áureo. Este fenómeno de formación de patrones involucra escalas espacio-temporales muy distintas, tales como la difusión y transporte de moléculas en escalas temporales de segundos o minutos, y que están perfectamente acoplados con procesos de crecimiento, los cuales suceden en escalas temporales de días, meses o incluso años. En esta charla hablaremos sobre un modelo matemático de formación de patrones filotácticos, en el cual se acopla la dinámica de las hormonas vegetales responsables del origen de nuevos órganos (escalas "pequeñas") con la mecánica del crecimiento vegetal (escalas "grandes").

  • Lunes 4

    Patrones: Modelos sistémicos y dinámicos del tamaño de los nichos de células troncales: la raíz de Arabidopsis como modelo

    Modelos sistémicos y dinámicos de los nichos de células troncales: la raíz de Arabidopsis como modelo (Mónica L García-Gómez, Diego Ornelas Ayala, Adriana Garay-Arroyo, Berenice García-Ponce, María de la Paz Sánchez, Elena R Álvarez-Buylla) El mantenimiento a largo plazo de las células troncales depende de su capacidad de dividir asimétricamente, tal que se renuevan y producen células especializadas que soportan el crecimiento continuo y el reemplazo de tejidos de los organismos multicelulares. En el ápice de la raíz, una población de células troncales multipotenciales tiene la capacidad de producir distintos tipos celulares, sin embargo existe un sesgo inexplicable a producir un tipo celular sobre los otros. Para entender la base mecanística de este sesgo, en este trabajo utilizamos un modelo Booleano de la red de regulación genética del nicho de células troncales de la raíz para identificar los reguladores capaces de producir transiciones celulares in silico. Así, identificamos a un factor de transcripción móvil (SHR) como candidato para explicar la división asimétrica de las células troncales de la raíz. Para considerar las restricciones en el sitio de expresión y la movilidad de dicho factor de transcripción, desarrollamos un modelo multi-escala que considera la red de regulación genética en cada célula, y el acople entre células vecinas a través del movimiento regulado de SHR. Este modelo multi-escala del ápice de la raíz nos permitió descubrir que las divisiones de las células troncales son simétricas, es decir producen dos células troncales y éstas células pueden desarrollar una asimetría en tipo celular post-división a través de cómo sus redes de regulación genética interpretan información del microambiente. Además, utilizando el modelo multi-escala identificamos perturbaciones que causan un aumento en el número de células troncales de la raíz, predicción que validamos experimentalmente. En conclusión, a través de una aproximación de modelos multi-escala pudimos estudiar la coordinación procesos de regulación a distintas escalas espaciales y temporales, revelando un mecanismo sistémico donde las células troncales procesan constantemente información del microambiente para la toma de decisiones celulares.

  • Lunes 4

    Diferenciación: A mathematical modelling framework for the regulation of intra-cellular OCT4 in human pluripotent stem cells

    A mathematical modelling framework for the regulation of intra-cellular OCT4 in human pluripotent stem cells. The improved in-vitro regulation of human embryonic stem cell (hESC) pluripotency and differentiation trajectories is equired for their promising clinical applications. The temporal and spatial quantification of the molecular interactions ontrolling pluripotency is also necessary for the development of successful mathematical and computational models. ere we use time-lapse experimental data of OCT4-mCherry fluorescence intensity to quantify the temporal and spatial ynamics of the pluripotency transcription factor OCT4 in a growing hESC colony in the presence and absence of BMP4. We haracterise the internal self-regulation of OCT4 using different metrics. We find that OCT4 abundance in the daughter cells luctuates sub-diffusively, showing anti-persistent self-regulation. e obtain the stationary probability distributions governing hESCs transitions amongst the different cell states and stablish the times at which pro-fate cells (which later give rise to pluripotent or differentiated cells) cluster in the colony. y quantifying the similarities between the OCT4 expression amongst neighbouring cells, we show that hESCs express imilar OCT4 to cells within their local neighbourhood within the first two days of the experiment and before BMP4 reatment. ur framework allows us to quantify the relevant properties of proliferating hESC colonies and the procedure is widely pplicable to other transcription factors and cell populations.

  • Lunes 4
    Martes 5

    Curso: Sistemas complejos y biomatemáticas




  • Martes 5

    El camino hacia la multicelularidad: el papel del medio ambiente en la microescala


  • Martes 5

    Ecología: ¿Podemos predecir los cambios en comunidades microbianas? Una mirada desde las redes metabólicas

  • Martes 5

    El papel del micribioma en la evolución de organismos superiores


    Durante muchas décadas las bacterias han sido consideradas como organismos perniciosos que provocan enfermedades y por lo tanto se han inventado todo tipo de fármacos para combatirlas. Sin embargo, la gran mayoría de las bacterias con las que convivimos no sólo son inofensivas, sino que son benéficas para los organismos que las portan. Todos los organismos superiores (plantas y animales incluyendo el ser humano) han coevolucionado con un gran número de bacterias que viven dentro de sus organismos. Por ejemplo, para el ser humano se sabe que por cada célula humana hay aproximadamente 10 células bacterianas que viven en nuestros cuerpos. Esas bacterias no están allí sin hacer nada. Por el contrario, ayudan al ser humano (o al organismo hospedero en el que habitan) a llevar a cabo muchas funciones metabólicas sin las cuales el organismo hospedero se enfermaría o incluso moriría. En esta charla presentaré la evidencia experimental que se tiene hasta el momento sobre la relación simbiótica que se generó a lo largo de la evolución entre bacterias y humanos, así como un argumento teórico basado en la teoría de redes complejas, que muestra la importancia y las ventajas evolutivas de que se haya llevado a cabo tal relación simbiótica. También presentaré algunas de las consecuencias para la salud humana que se generan al romper la relación simbiótica entre las bacterias y los humanos y cómo las bacterias pueden ayudar a resolver un problema importante en la genética de poblaciones: "La heredabilidad perdida".

  • Martes 5

    Ecología: Agujeros de coexistencia: obstrucciones fundamentales en el ensamblaje de comunidades ecológicas

    A central challenge of Ecology is to explain the huge biodiversity of species that we found everywhere we look, from the diversity of plant and animal species that stably coexist in tropical forests to the variety of microbial species that coexist in our gut. Ecologists have focused on characterizing the "limits" of species coexistence ---that is, the maximum number of different species that can coexist under given constraints. Yet, little is known about the structure of species coexistence below such limits. Namely, is it possible to assemble an ecological system by adding one species at a time until reaching the coexistence limits? Or is it possible that we find "holes" where species coexistence abruptly breaks before reaching the limits? To address these questions, we built a novel formalism based on hypergraphs and algebraic topology to show that, below its limits, species coexistence in ecological systems has ubiquitous discontinuities that we call "coexistence holes''. A coexistence hole occurs during an assembly process when a species collection does not coexist, although it can be assembled from sub-collections that coexist. Using theoretical and experimental ecological systems, we provide direct evidence showing that coexistence holes obey regularities: their diversity is constrained by the internal structure of species interactions, while their frequency can be explained by external factors acting on these systems. Our results suggest that species coexistence ---and thus, biodiversity--- is a discontinuous process driven by internal constraints of design and not merely by randomness as it can be naively perceived.

  • Martes 5
    Miércoles 6

    Curso: Reconstrucción de historias evolutivas de genes con teoría de gráficas

  • Miércoles 6
    Jueves 7

    Curso: Identificabilidad y Ajuste de Parámetros con Python

    Las ecuaciones diferenciales parciales (PDEs) y Ordinarias (ODEs) son herramientas poderosas y bien establecidas para simular sistemas biológicos multicelulares. Sin embargo, las herramientas de libre uso disponibles para la validación contra los datos están en desarrollo. En este curso presentaremos nuestro módulo de python PDEparams el cual proporciona una interfaz flexible y se adapta fácilmente a diferentes herramientas de análisis de parámetros, como el cálculo de perfiles de verosimilitud y el bootstrapping paramétrico, junto con la visualización directa de los resultados. En la platica daremos conceptos avanzados de identificabilidad de parámetros. Hasta donde sabemos, es la primera herramienta abierta y de libre acceso para el ajuste de parámetros de modelos PDE. El código fuente, las instrucciones de uso y ejemplos están disponibles gratuitamente en github.

  • Jueves 7

    Enfermedades: Modelación matemática de las interacciones dinámicas fenotipo-microambiente


    En mi grupo de trabajo utilizamos modelos matemáticos para estudiar, de manera integral, dinámica y cuantitativa, los mecanismos de inicio y progresión de enfermedades crónico-degenerativas. Como sistema de estudio, nos enfocamos en las transformaciones fisiopatológicas de tejidos epiteliales y nos preguntamos cómo éstas emergen de la relación dialéctica entre fenotipos celulares y microambientes, pretendemos entender los mecanismos por medio de los cuáles los cambios micro-ambientales influyen, y son influidos por, las adaptaciones fenotípicas a nivel celular. Para ello, nuestros modelos consideran de manera simultánea diferentes escalas temporales. Primero modelamos la red de regulación bioquímica que media los cambios fenotípicos abruptos en respuesta a microambientes continuos, y posteriormente acoplamos estos módulos regulatorios rápidos a la dinámica tisular, más lenta, para analizar los comportamientos patológicos emergentes. Con este modelo, podemos (1) explorar de forma sistemática el efecto de perturbaciones ambientales sobre la homeostasis tisular, (2) identificar los mecanismos que median las transiciones fisiopatológicas abruptas, (3) caracterizar las señales de alerta temprana que indican un incipiente cambio en la salud, y (4) diseñar y optimizar intervenciones terapéuticas para prevenir estas catástrofes. Gracias a la estrecha colaboración con nuestros colegas experimentalistas y clínicos, nuestras hipótesis son validadas o refutadas con nuevos experimentos.

  • Jueves 7

    Identificando observaciones únicas en imágenes microscópicas de superresolución dSTORM mediante un modelo espacio-temporal

    Identificando observaciones únicas en imágenes microscópicas de superresolución dSTORM mediante un modelo espacio-temporal. La microscopía de reconstrucción óptica estocástica directa (dSTORM, por sus siglas en inglés) es una técnica de microscopía de superresolución que usa fluoróforos fotoconmutables para separar temporalmente la fluorescencia y alcanzar una resolución por debajo de los 20 nm. Sin embargo, la característica principal de los fluoróforos fotoconmutables de activarse y desactivarse, podría afectar la unicidad de cada observación. Dicha unicidad es relevante para el estudio de la distribución de proteínas en la membrana de las células B del sistema inmune, donde dicha distribución esta relacionada con la activation del sistema inmune. En esta plática, presentaré el protocola que desarollé para estimar el numero de fluoróforos distintos en una imagen dSTORM entrelazando la información temporal (como una cadena de Markov) y la espacial (mediante mezclas gaussianas) de la imagen en un problema de máxima verosimilitud. El algoritmo se ha probado en datos simulados, imágenes de origami de ADN (control experimental) y de células B, todos con resultados positivos.

  • Jueves 7

    Genoma: Topología del genoma en Drosophila




  • Jueves 7

    Genoma: Termodinámica irreversible de sistemas biológicos pequeños

    Termodinámica irreveresible de sistemas biológicos pequeños. Se explica como la termodinámica irreversible de Onsager-Machlup puede generalizarse para describir sistemas biológicos pequeños, que presentan dinámicas no lineales. Se presentan dos aplicaciones que ejemplifican dicha generalización y los resultados que se obtienen en comparación con datos experimentales.

  • Jueves 7
    Viernes 8

    Curso: Una visión multiescala de genómica comparada: de los metagenomas a los genes

    El genoma es el total del ADN contenido en un organismo, por tanto, con ayuda de la bioinformática la genómica comparada estudia diferencias a nivel de DNA entre organismos similares. Genes, clústeres, genomas y metagenomas son objetos genómicos a distinta escala contenidos cada uno en el siguiente nivel. Los genes son unidades que son traducidas a proteínas, y estas moléculas son las que posibilitan las reacciones químicas que permiten la vida. Los clústeres suelen ser grupos de genes que en conjunto producen una molécula ya sea esta un aminoácido esencial para el microorganismo o bien un antibiótico de defensa. El conjunto de todo los genes de un organismo constituye su genoma mientras que el metagenoma nos permite estudiar el conjunto de microorganismos de un nicho ecológico. En este taller nos familiarizaremos con un conjunto de datos biológicos en dónde veremos ejemplos de estas 4 escalas genómicas, para ello utilizaremos elementos básicos de R y la terminal de linux, así como algunas herramientas libres en la web.

  • Viernes 8

    Pablo Padilla Longoria
    Manuel Falconi Magaña
    Faustino Sanchéz
    Pedro Miramontes
    Marina Benítez Keinrad
    Natalia Mantilla Beniers

Comité Organizador


Eugenio Azpeitia (CCM)
Mariana Esther Martínez Sánchez (INER Ismael Cosío Villegas)
José Roberto Romero Arias (IIMAS-UNAM)
Dulce Valdivia (CINVESTAV-Irapuato)

Contacto: eobm2021REMOVE@iimas.unam.mx

Registro

CURSOS: Si está interesado en los cursos, debe enviar un correo a eobm2021REMOVE@iimas.unam.mx indicando el curso y anexando su CV y carta de motivos.


PLÁTICAS: El evento se realizará en línea a través de la plataforma Zoom.
Al registrarse, le enviaremos una liga personal e intransferible que le permitirá ingresar a todas las pláticas.


Por favor llene el campo con los datos correctos
Inicio