Caracterização topológica dos motivos das redes biológicas integradas da Escherichia coli e da Saccharomyces cerevisiae

Abstract

The reducionism method has helped in the clari cation of functioning of many biological process. However, such process are extremely complex and have emergent properties that can not be explained or even predicted by reducionism methods. To overcome these limits, researchers have been used a set of methods known as systems biology, a new area of biology aiming to understand the interactions between the multiple components of biological processes. These interactions can be represented by a mathematical object called graph or network, where the interacting elements are represented by a vertex and the interactions by edges that connect a pair of vertexes. Into graphs it is possible to nd subgraphs, occurring in complex networks at numbers that are signi cantly higher than those in randomized networks, they are de ned as motifs. As motifs in biological networks may represent the structural units of biological processess, their detection is important. Therefore, the aim of this present work was detect, count and classify motifs present in biological integrated networks of bacteria Escherichia coli and yeast Saccharomyces cere- visiae. For this purpose, we implemented codes in MathematicaR and Python environments for detecting, counting and classifying motifs in these networks. The composition and types of motifs detected in these integrated networks indicate that such networks are organized in three main bridged modules composed by motifs in which edges are all the same type. The connecting bridges are composed by motifs in which the types of edges are diferent

O método reducionista tem ajudado no esclarecimento do funcionamento de muitos processos biológicos. Porém, tais processos são extremamente complexos e possuem propriedades emergentes que não podem ser explicadas ou mesmo previstas através do reducionismo. Para suplantar esses limites, pesquisadores têm usado um conjunto de métodos conhecido como biologia sistêmica, nova área da biologia cujo objetivo é a compreensão das interações entre os múltiplos componentes dos processos biológicos. Essas interações podem ser representadas por um objeto matemático chamado grafo ou rede, onde os elementos interagentes são representados por nodos e as interações por arcos que conectam pares de nodos. Dentro desses grafos é possível encontrar subgrafos, ocorrendo em redes complexas em uma quantidade signi cantemente maior que a quantidade em redes aleatórias, eles são de nidos como motivos. Como motivos em redes bioloógicas podem representar as unidades estruturais do processo biológico, suas detecções são importantes. Portanto, o objetivo deste presente trabalho foi detectar, contar e classi car motivos presentes em redes biológicas integradas da bactéria Escherichia coli e da levedura Sac- charomyces cerevisiae. Para tanto, implementamos códigos em ambiente MathematicaR e Python para detectar, contar e classi car os motivos dessas redes. A composição e os tipos de motivos detectados nessas redes integradas indicam que tais redes são organizadas em três módulos pontes principais compostos por motivos em que todas as arestas são do mesmo tipo. A ponte de conexão é composta pelos motivos nos quais os tipos de arestas são diferentes