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Biología Computacional y de Sistemas
El campo de la biología computacional y de sistemas representa una síntesis de ideas y enfoques de las ciencias de la vida, las ciencias físicas, las ciencias de la computación y la ingeniería. Los avances recientes en biología, incluido el proyecto del genoma humano y los enfoques masivamente paralelos para el sondeo de muestras biológicas, han creado nuevas oportunidades para comprender los problemas biológicos desde la perspectiva de los sistemas. El modelado y diseño de sistemas están bien establecidos en disciplinas de ingeniería, pero son más nuevos en biología. Los avances en biología computacional y de sistemas requieren equipos multidisciplinarios con habilidad en la aplicación de principios y herramientas de ingeniería e informática para resolver problemas en biología y medicina. Para proporcionar educación en este campo emergente, el programa de Biología Computacional y de Sistemas (CSB) integra las disciplinas de renombre mundial del MIT en biología, ingeniería, matemáticas e informática. Los graduados del programa están especialmente preparados para hacer nuevos descubrimientos, desarrollar nuevos métodos y establecer nuevos paradigmas. También están bien posicionados para asumir roles de liderazgo críticos tanto en el mundo académico como en la industria, donde este campo es cada vez más importante.
CSB en el MIT
La biología computacional y de sistemas, tal como se practica en el MIT, se organiza en torno a “las 3 Ds” de descripción, destilación y diseño. En muchos programas de investigación, la recopilación sistemática de datos se utiliza para crear descripciones detalladas a nivel molecular o celular de un sistema en uno o más estados definidos. Dada la complejidad de los sistemas biológicos y el número de componentes y parámetros que interactúan, el modelado de sistemas a menudo se lleva a cabo con el objetivo de destilar los subsistemas, componentes y parámetros esenciales o más importantes, y de obtener modelos simplificados que conservan la capacidad de predecir con precisión el comportamiento del sistema en una amplia gama de condiciones. La destilación del sistema puede aumentar la interpretabilidad de los modelos en relación con los principios evolutivos y de ingeniería, como la robustez, la modularidad y la capacidad de evolución. Los modelos resultantes también pueden servir para facilitar el diseño racional de perturbaciones para probar la comprensión del sistema o para cambiar el comportamiento del sistema (por ejemplo, para la intervención terapéutica), así como los esfuerzos para diseñar sistemas relacionados o sistemas compuestos de componentes biológicos similares.
Facultad e Investigación de CSB
Más de 70 miembros de la facultad del Instituto participan en la Iniciativa de Biología Computacional y de Sistemas (CSBi) del MIT. Estos investigadores abarcan casi todos los departamentos de la Escuela de Ciencias y la Escuela de Ingeniería, brindando a los estudiantes de CSB la oportunidad de realizar investigaciones de tesis en una amplia variedad de laboratorios diferentes. También es posible que los estudiantes organicen proyectos de tesis en colaboración con la supervisión conjunta de miembros de la facultad con diferentes áreas de especialización. Las áreas de investigación activa incluyen biología computacional y bioinformática, redes de genes y proteínas, genómica reguladora, biofísica molecular, ingeniería de instrumentación, ingeniería celular y de tejidos, toxicología predictiva e ingeniería metabólica, imágenes e informática de imágenes, nanobiología y microsistemas, diseño biológico y biología sintética, biología de neurocirujanos y biología del cáncer.
El Programa de Doctorado CSB
El programa de Doctorado CSB es un programa de todo el Instituto que ha sido desarrollado conjuntamente por los Departamentos de Biología, Ingeniería Biológica e Ingeniería Eléctrica e Informática. El programa integra biología, ingeniería y computación para abordar problemas complejos en sistemas biológicos, y los estudiantes de doctorado de CSB tienen la oportunidad de trabajar con profesores de CSBi de todo el Instituto. El plan de estudios tiene un fuerte énfasis en el material fundamental para alentar a los estudiantes a convertirse en creadores de herramientas y tecnologías futuras, en lugar de limitarse a practicar los enfoques actuales. Los solicitantes deben tener un título universitario en biología (o un campo relacionado), bioinformática, química, informática, matemáticas, estadística, física o una disciplina de ingeniería, con grados de doble énfasis alentados.
CSB Educación de Posgrado
Todos los estudiantes siguen un plan de estudios básico que incluye clases de biología y biología computacional, junto con una clase de biología computacional y de sistemas basada en la literatura científica. Las asignaturas optativas avanzadas en ciencias e ingeniería mejoran tanto la amplitud como la profundidad de la educación de cada estudiante. Durante su primer año, además de los cursos, los estudiantes realizan rotaciones en múltiples grupos de investigación para obtener una mayor exposición al trabajo en la frontera de este campo, e identificar un laboratorio adecuado para realizar investigaciones de tesis. Los estudiantes de CSB también sirven como asistentes de enseñanza durante un semestre en el segundo año para desarrollar aún más sus habilidades de enseñanza y comunicación y facilitar sus interacciones entre disciplinas. Los estudiantes también participan en la capacitación en la conducción responsable de la investigación para prepararlos para las complejidades y demandas de la investigación científica moderna. La duración total del programa, incluido el trabajo en clase, los exámenes de calificación, la investigación de tesis y la preparación de la tesis, es de aproximadamente cinco años.
Currículo
El currículo de CSB tiene dos componentes. El primero es un núcleo que proporciona conocimientos fundamentales de biología y biología computacional. El segundo es un programa personalizado de asignaturas optativas que es seleccionado por cada estudiante en consulta con los miembros del comité de graduados de CSB. El objetivo es permitir a los estudiantes una amplia libertad para definir su área de interés individual, mientras que al mismo tiempo proporciona supervisión y orientación para garantizar que la capacitación sea rigurosa y exhaustiva.
Plan de estudios básico
El plan de estudios básico consta de tres asignaturas en el aula más un conjunto de tres rotaciones de investigación en diferentes grupos de investigación. Las asignaturas del aula se dividen en tres áreas que se describen a continuación.
Biología Moderna( Una Asignatura): Un término de biología moderna en el MIT fortalece la base de biología de todos los estudiantes en el programa. Las asignaturas de bioquímica, genética, biología celular, biología molecular o neurobiología cumplen con este requisito. El curso particular que tome cada estudiante dependerá de sus antecedentes y se determinará en consulta con los miembros del comité de graduados.
Biología Computacional( Una Asignatura): Un término de biología computacional proporciona a los estudiantes una formación en la aplicación de la computación a la biología, incluido el análisis y el modelado de datos de secuencia, estructurales y de sistemas. Este requisito puede ser cumplido por 7.91 / 20.490 Fundamentos de Biología Computacional y de Sistemas.
Temas en Biología Computacional y de Sistemas (Una Asignatura): Todos los estudiantes de primer año del programa participan en /7.89 Temas de Biología Computacional y de Sistemas, una exploración de problemas y enfoques en el campo de la biología computacional y de sistemas a través de una discusión en profundidad y un análisis crítico de trabajos de investigación primaria seleccionados. Esta asignatura está restringida a estudiantes de doctorado de primer año en CSB o campos relacionados con el fin de construir una comunidad fuerte entre la clase. Es la única asignatura del programa con tal limitación.
Rotaciones de Grupos de Investigación (Tres Rotaciones): Para ayudar a los estudiantes con la selección de laboratorios y proporcionar una gama de actividades de investigación en biología computacional y de sistemas, los estudiantes participan en tres rotaciones de investigación de uno a dos meses de duración durante su primer año. Se anima a los estudiantes a adquirir experiencia en enfoques experimentales y computacionales tomados en diferentes disciplinas en el MIT.
Optativas avanzadas
El requisito de cuatro optativas avanzadas está diseñado para desarrollar tanto amplitud como profundidad. Las asignaturas optativas se suman a la base del núcleo diversificado y aportan fuerza en áreas relacionadas con el interés de los estudiantes y la dirección de investigación. Para desarrollar la profundidad, dos de las cuatro asignaturas optativas avanzadas deben estar en la misma área o departamento de investigación. Para desarrollar amplitud, al menos una de las asignaturas optativas debe ser en ingeniería y al menos una en ciencia. Cada estudiante diseña un programa de optativas avanzadas que satisface los requisitos de distribución y área en estrecha consulta con los miembros del comité de graduados.
Sujetos Adicionales: Como es típico para los estudiantes de otros programas de doctorado en el MIT, los estudiantes de doctorado de CSB pueden tomar clases más allá de las asignaturas optativas básicas diversificadas y avanzadas requeridas descritas anteriormente. Estas materias adicionales se pueden usar para agregar amplitud o profundidad al plan de estudios propuesto, y podrían ser útiles para explorar temas avanzados relevantes para la investigación de tesis del estudiante en años posteriores. El Comité de Graduados de CSB trabaja con cada estudiante graduado para desarrollar un camino a través del currículo apropiado para sus antecedentes e intereses de investigación.
Formación en Investigación Responsable: A lo largo del programa, se espera que los estudiantes asistan a talleres y otras actividades que brindan capacitación en la conducta ética de la investigación. Esto es particularmente importante en campos interdisciplinarios como la biología computacional y de sistemas, donde diferentes disciplinas a menudo tienen filosofías y convenciones muy diferentes. Al final del cuarto año, los estudiantes habrán recibido aproximadamente 16 horas de capacitación en la conducción responsable de la investigación.
Exámenes de calificación: Además de los cursos y una tesis de investigación, cada estudiante debe aprobar un examen de calificación escrito y oral al final del segundo año o al comienzo del tercer año. El examen escrito implica la preparación de una propuesta de investigación basada en la investigación de tesis del estudiante y la presentación de la propuesta al comité de examen. Este proceso proporciona una base sólida para la investigación de la tesis, incorporando nuevas ideas de investigación y refinando el alcance del proyecto de investigación. El examen oral se basa en el trabajo del curso realizado y en la literatura publicada relacionada. Los exámenes de calificación están diseñados para desarrollar y demostrar la profundidad en un área seleccionada (el área de investigación de la tesis), así como la amplitud de conocimientos en el campo de la biología computacional y de sistemas.
Investigación de tesis: La investigación se realizará bajo la supervisión de un miembro de la facultad del CSBi, culminando con la presentación de una tesis escrita y su defensa oral ante el comité de defensa de la comunidad y la tesis. Para el segundo año, el estudiante habrá formado un comité asesor de tesis con el que se reunirá anualmente.
