СУЧАСНІ ПІДХОДИ ДО АВТОМАТИЗОВАНОГО ПРОЄКТУВАННЯ БІОТЕХНОЛОГІЧНИХ СИСТЕМ

Анотація

У статті представлено комплексний огляд сучасних підходів до автоматизованого проєктування біотехнологічних систем, зосереджений на можливостях математичного моделювання як базового інструменту системної біоінженерії. В умовах постійного ускладнення біологічних об'єктів і процесів, зростання обсягів мультиомних даних і необхідності прискорення розробки нових біотехнологічних продуктів, критично важливою стає інтеграція комп’ютерних технологій у всі етапи життєвого циклу біосистем. Зокрема, у роботі акцентовано увагу на ключових стратегіях, що формують цифрову парадигму в біотехнології: моделювання повної клітини (whole-cell modeling), ітеративний цикл Design-Build-Test-Learn (DBTL), використання детерміністичних і стохастичних моделей, аналіз балансу потоків (Flux Balance Analysis, FBA). Особливу увагу приділено огляду сучасного програмного забезпечення, яке забезпечує практичну реалізацію вказаних підходів: COPASI, CellDesigner, MATLAB SimBiology, Virtual Cell, Tellurium тощо. У статті розглянуто новітні тренди, включно з використанням методів машинного навчання для оптимізації проєктних рішень і побудови прогнозних моделей, а також із впровадженням міжнародних стандартів біологічного моделювання (SBML, CellML), що забезпечують інтероперабельність і повторюваність результатів. Окремо проаналізовано виклики, пов’язані з якістю вихідних даних, складністю інтеграції моделей різної природи, потребою у міждисциплінарній експертизі та інфраструктурній підтримці. Стаття спрямована на узагальнення сучасного стану знань у сфері цифрового біоінжинірингу та формування уявлення про перспективи впровадження зазначених підходів у вітчизняну наукову практику, зокрема в освітній сфері, прикладних дослідженнях і біотехнологічних розробках.