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Computational and Systems Biology
Der Bereich Computational and systems Biology stellt eine Synthese von Ideen und Ansätzen aus den Lebenswissenschaften, den Naturwissenschaften, der Informatik und den Ingenieurwissenschaften dar. Jüngste Fortschritte in der Biologie, einschließlich des Humangenomprojekts und massiv paralleler Ansätze zur Untersuchung biologischer Proben, haben neue Möglichkeiten geschaffen, biologische Probleme aus einer Systemperspektive zu verstehen. Systemmodellierung und -design sind in Ingenieurdisziplinen gut etabliert, in der Biologie jedoch neuer. Fortschritte in der Computer- und Systembiologie erfordern multidisziplinäre Teams mit der Fähigkeit, Prinzipien und Werkzeuge aus den Ingenieurwissenschaften und der Informatik anzuwenden, um Probleme in Biologie und Medizin zu lösen. Um eine Ausbildung in diesem aufstrebenden Bereich zu ermöglichen, integriert das Computational and Systems Biology (CSB) -Programm die weltbekannten Disziplinen des MIT in Biologie, Ingenieurwesen, Mathematik und Informatik. Absolventinnen und Absolventen des Programms sind einzigartig darauf vorbereitet, neue Entdeckungen zu machen, neue Methoden zu entwickeln und neue Paradigmen zu etablieren. Sie sind auch gut positioniert, um kritische Führungsrollen sowohl in der Wissenschaft als auch in der Industrie zu übernehmen, wo dieser Bereich immer wichtiger wird.
CSB am MIT
Computer- und Systembiologie, wie sie am MIT praktiziert wird, ist um “die 3 Ds” von Beschreibung, Destillation und Design organisiert. In vielen Forschungsprogrammen wird die systematische Datenerfassung verwendet, um detaillierte Beschreibungen eines Systems auf molekularer oder zellulärer Ebene in einem oder mehreren definierten Zuständen zu erstellen. Angesichts der Komplexität biologischer Systeme und der Anzahl interagierender Komponenten und Parameter wird die Systemmodellierung häufig mit dem Ziel durchgeführt, die wesentlichen oder wichtigsten Subsysteme, Komponenten und Parameter zu destillieren und vereinfachte Modelle zu erhalten, die die Fähigkeit behalten, das Systemverhalten unter einer Vielzahl von Bedingungen genau vorherzusagen. Die Destillation des Systems kann die Interpretierbarkeit der Modelle in Bezug auf evolutionäre und technische Prinzipien wie Robustheit, Modularität und Entwicklungsfähigkeit erhöhen. Die resultierenden Modelle können auch dazu dienen, das rationale Design von Störungen zu erleichtern, um das Verständnis des Systems zu testen oder das Systemverhalten zu ändern (z. B. für therapeutische Interventionen), sowie Bemühungen, verwandte Systeme oder Systeme aus ähnlichen biologischen Komponenten zu entwerfen.
CSB Fakultät und Forschung
Mehr als 70 Fakultätsmitglieder am Institut beteiligen sich an der Computational and Systems Biology Initiative (CSBi) des MIT. Diese Ermittler erstrecken sich über fast alle Abteilungen in der School of Science und der School of Engineering, bietet CSB Studenten die Möglichkeit, These Forschung in einer Vielzahl von verschiedenen Labors zu verfolgen. Es ist auch möglich, dass Studierende kollaborative Abschlussarbeiten mit gemeinsamer Betreuung durch Fakultätsmitglieder mit unterschiedlichen Fachgebieten arrangieren. Zu den aktiven Forschungsbereichen gehören Computational Biology und Bioinformatik, Gen- und Proteinnetzwerke, regulatorische Genomik, molekulare Biophysik, Instrumentation Engineering, Zell- und Gewebetechnik, prädiktive Toxikologie und Metabolic Engineering, Bildgebung und Bildinformatik, Nanobiologie und Mikrosysteme, biologisches Design und synthetische Biologie, Neurosystembiologie und Krebsbiologie.
Das CSB-PhD-Programm
Das CSB-PhD-Programm ist ein institutsweites Programm, das gemeinsam von den Fachbereichen Biologie, Bioingenieurwesen sowie Elektrotechnik und Informatik entwickelt wurde. Das Programm integriert Biologie, Ingenieurwesen und Berechnung, um komplexe Probleme in biologischen Systemen anzugehen, und CSB-Doktoranden haben die Möglichkeit, mit CSBI-Fakultäten aus dem gesamten Institut zusammenzuarbeiten. Das Curriculum legt großen Wert auf grundlegendes Material, um die Schüler zu ermutigen, Schöpfer zukünftiger Werkzeuge und Technologien zu werden, und nicht nur Praktiker aktueller Ansätze. Bewerber müssen über einen Bachelor-Abschluss in Biologie (oder einem verwandten Bereich), Bioinformatik, Chemie, Informatik, Mathematik, Statistik, Physik oder einer ingenieurwissenschaftlichen Disziplin verfügen.
CSB Graduate Education
Alle Studenten verfolgen ein Kerncurriculum, das Klassen in Biologie und Computational Biology sowie eine Klasse in Computational und Systems Biology basierend auf der wissenschaftlichen Literatur umfasst. Fortgeschrittene Wahlfächer in Naturwissenschaften und Technik verbessern sowohl die Breite als auch die Tiefe der Ausbildung jedes Schülers. Während ihres ersten Jahres, zusätzlich zu den Kursarbeiten, führen die Studierenden Rotationen in mehreren Forschungsgruppen durch, um eine breitere Exposition gegenüber der Arbeit an der Grenze dieses Feldes zu erlangen und ein geeignetes Labor zu identifizieren, in dem These Forschung durchzuführen. CSB-Studenten dienen auch als Lehrassistenten während eines Semesters im zweiten Jahr, um ihre Lehr- und Kommunikationsfähigkeiten weiterzuentwickeln und ihre Interaktionen über Disziplinen hinweg zu erleichtern. Die Studierenden nehmen auch an Schulungen zur verantwortungsvollen Durchführung von Forschung teil, um sie auf die Komplexität und Anforderungen moderner wissenschaftlicher Forschung vorzubereiten. Die Gesamtlänge des Programms, einschließlich Klassenarbeiten, Eignungsprüfungen, Abschlussarbeiten und Vorbereitung der Abschlussarbeit, beträgt ungefähr fünf Jahre.
Lehrplan
Der CSB-Lehrplan besteht aus zwei Komponenten. Der erste ist ein Kern, der grundlegende Kenntnisse sowohl der Biologie als auch der Computerbiologie vermittelt. Das zweite ist ein maßgeschneidertes Wahlprogramm, das von jedem Studenten in Absprache mit Mitgliedern des CSB Graduate Committee ausgewählt wird. Ziel ist es, den Schülern einen breiten Spielraum bei der Definition ihres individuellen Interessengebiets zu geben und gleichzeitig Aufsicht und Anleitung zu bieten, um sicherzustellen, dass die Ausbildung streng und gründlich ist.
Kerncurriculum
Das Kerncurriculum besteht aus drei Unterrichtsfächern sowie einem Satz von drei Forschungsrotationen in verschiedenen Forschungsgruppen. Die Unterrichtsfächer fallen in drei unten beschriebene Bereiche.
Moderne Biologie (ein Thema): Ein Begriff der modernen Biologie am MIT stärkt die Biologie Basis aller Studenten im Programm. Fächer der Biochemie, Genetik, Zellbiologie, Molekularbiologie oder Neurobiologie erfüllen diese Anforderung. Der jeweilige Kurs, den jeder Student belegt, hängt von seinem Hintergrund ab und wird in Absprache mit den Mitgliedern des Graduiertenausschusses festgelegt.
Computational Biology (ein Thema): Ein Begriff der Computational Biology bietet den Studierenden einen Hintergrund in der Anwendung der Berechnung auf die Biologie, einschließlich der Analyse und Modellierung von Sequenz-, Struktur- und Systemdaten. Diese Anforderung kann von 7.91/ 20.490 Foundations of Computational and Systems Biology erfüllt werden.
Themen der Computer- und Systembiologie (ein Fach): Alle Erstsemester des Programms beteiligen sich an / 7.89 Themen der Computational and Systems Biology, einer Erforschung von Problemen und Ansätzen auf dem Gebiet der Computational and systems Biology durch eingehende Diskussion und kritische Analyse ausgewählter Primärforschungsarbeiten. Dieses Fach ist auf Doktoranden im ersten Jahr in CSB oder verwandten Bereichen beschränkt, um eine starke Gemeinschaft innerhalb der Klasse aufzubauen. Es ist das einzige Thema im Programm mit einer solchen Einschränkung.
Forschungsgruppe Rotationen (Drei Rotationen): Um die Studierenden bei der Laborauswahl zu unterstützen und eine Reihe von Forschungsaktivitäten in der Computer- und Systembiologie anzubieten, nehmen die Studierenden im ersten Jahr an drei Forschungsrotationen von ein bis zwei Monaten Dauer teil. Die Studierenden werden ermutigt, Erfahrungen in experimentellen und computergestützten Ansätzen zu sammeln, die am MIT in verschiedenen Disziplinen angewendet werden.
Fortgeschrittene Wahlfächer
Die Anforderung von vier fortgeschrittenen Wahlfächern soll sowohl Breite als auch Tiefe entwickeln. Die Wahlfächer ergänzen die Basis des diversifizierten Kerns und tragen zur Stärke in Bereichen bei, die mit dem Interesse der Studenten und der Forschungsrichtung zusammenhängen. Um Tiefe zu entwickeln, müssen zwei der vier fortgeschrittenen Wahlfächer im selben Forschungsbereich oder in derselben Abteilung sein. Um Breite zu entwickeln, muss mindestens eines der Wahlfächer in Ingenieurwissenschaften und mindestens eines in Naturwissenschaften liegen. Jeder Student entwirft ein Programm von fortgeschrittenen Wahlfächern, die die Verteilung und Flächenanforderungen in enger Absprache mit den Mitgliedern des Graduate Committee erfüllt.
Weitere Fächer: Wie es für Studenten in anderen Doktorandenprogrammen am MIT typisch ist, können CSB-Doktoranden Kurse belegen, die über die oben beschriebenen diversifizierten Kern- und fortgeschrittenen Wahlfächer hinausgehen. Diese zusätzlichen Fächer können verwendet werden, um dem vorgeschlagenen Lehrplan Breite oder Tiefe zu verleihen, und können nützlich sein, um fortgeschrittene Themen zu untersuchen, die für die Abschlussarbeit des Studenten in späteren Jahren relevant sind. Das CSB Graduate Committee arbeitet mit jedem Doktoranden zusammen, um einen Weg durch den Lehrplan zu entwickeln, der seinem Hintergrund und seinen Forschungsinteressen entspricht.
Ausbildung in verantwortungsvoller Forschungsführung: Während des gesamten Programms wird von den Studierenden erwartet, dass sie an Workshops und anderen Aktivitäten teilnehmen, die Schulungen zur ethischen Durchführung von Forschung anbieten. Dies ist besonders wichtig in interdisziplinären Bereichen wie der Computer- und Systembiologie, wo verschiedene Disziplinen oft sehr unterschiedliche Philosophien und Konventionen haben. Bis zum Ende des vierten Jahres werden die Studenten etwa 16 Stunden Ausbildung in der verantwortungsvollen Durchführung von Forschung gehabt haben.
Eignungsprüfungen: Zusätzlich zu den Studienleistungen und einer Forschungsarbeit muss jeder Student am Ende des zweiten Jahres oder zu Beginn des dritten Jahres eine schriftliche und eine mündliche Eignungsprüfung ablegen. Die schriftliche Prüfung umfasst die Erstellung eines Forschungsvorschlags auf der Grundlage der Abschlussarbeit des Studenten und die Vorlage des Vorschlags an den Prüfungsausschuss. Dieser Prozess bietet eine starke Grundlage für die Dissertationsforschung, die neue Forschungsideen einbezieht und den Umfang des Forschungsprojekts verfeinert. Die mündliche Prüfung basiert auf den erbrachten Studienleistungen und der damit verbundenen veröffentlichten Literatur. Die Eignungsprüfungen sollen die Tiefe in einem ausgewählten Bereich (dem Bereich der Abschlussarbeit) sowie die Breite des Wissens auf dem Gebiet der Computer- und Systembiologie entwickeln und demonstrieren.
Dissertationsforschung: Die Forschung wird unter der Aufsicht eines CSBi-Fakultätsmitglieds durchgeführt und gipfelt in der Einreichung einer schriftlichen Dissertation und ihrer mündlichen Verteidigung vor dem Community and Thesis Defense Committee. Im zweiten Jahr wird ein Student einen Thesis Advisory Committee gebildet haben, mit dem er sich jährlich treffen wird.
