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Computational and Systems Biology
Il campo della biologia computazionale e dei sistemi rappresenta una sintesi di idee e approcci dalle scienze della vita, scienze fisiche, informatica e ingegneria. I recenti progressi in biologia, tra cui il progetto genoma umano e massicciamente approcci paralleli per sondare campioni biologici, hanno creato nuove opportunità per comprendere i problemi biologici dal punto di vista dei sistemi. La modellazione e la progettazione dei sistemi sono ben consolidate nelle discipline ingegneristiche, ma sono più recenti in biologia. I progressi nella biologia computazionale e dei sistemi richiedono team multidisciplinari con abilità nell’applicare principi e strumenti dall’ingegneria e dall’informatica per risolvere problemi in biologia e medicina. Per fornire istruzione in questo campo emergente, il programma Computational and Systems Biology (CSB) integra le discipline di fama mondiale del MIT in biologia, ingegneria, matematica e informatica. I laureati del programma sono unicamente preparati a fare nuove scoperte, sviluppare nuovi metodi e stabilire nuovi paradigmi. Sono anche ben posizionati per assumere ruoli di leadership critici sia nel mondo accademico che nell’industria, dove questo campo sta diventando sempre più importante.
CSB al MIT
La biologia computazionale e dei sistemi, come praticata al MIT, è organizzata attorno ai “3 DS” di descrizione, distillazione e progettazione. In molti programmi di ricerca, la raccolta sistematica dei dati viene utilizzata per creare descrizioni dettagliate a livello molecolare o cellulare di un sistema in uno o più stati definiti. Data la complessità dei sistemi biologici e il numero di elementi interagenti e parametri per la modellazione del sistema è spesso condotta con l’obiettivo di distillazione essenziali o più importanti sottosistemi, componenti e parametri, e di ottenere modelli semplificati che mantengono la capacità di prevedere con precisione il comportamento del sistema in un’ampia gamma di condizioni. La distillazione del sistema può aumentare l’interpretabilità dei modelli in relazione a principi evolutivi e ingegneristici come robustezza, modularità ed evolvibilità. I modelli risultanti possono anche servire a facilitare la progettazione razionale delle perturbazioni per testare la comprensione del sistema o per cambiare il comportamento del sistema (ad esempio, per un intervento terapeutico), così come gli sforzi per progettare sistemi correlati o sistemi composti da componenti biologici simili.
CSB Faculty and Research
Più di 70 docenti dell’Istituto partecipano alla Computational and Systems Biology Initiative (CSBi) del MIT. Questi ricercatori coprono quasi tutti i dipartimenti della School of Science e della School of Engineering, fornendo agli studenti CSB l’opportunità di perseguire la ricerca di tesi in un’ampia varietà di laboratori diversi. È anche possibile per gli studenti organizzare progetti di tesi collaborativi con la supervisione congiunta di membri della facoltà con diverse aree di competenza. Le aree di ricerca attiva includono biologia computazionale e bioinformatica, reti geniche e proteiche, genomica regolatoria, biofisica molecolare, ingegneria della strumentazione, ingegneria cellulare e tissutale, tossicologia predittiva e ingegneria metabolica, imaging e informatica delle immagini, nanobiologia e microsistemi, progettazione biologica e biologia sintetica, biologia dei neurosistemi e biologia del cancro.
Il CSB PhD Program
Il CSB PhD program è un programma a livello di Istituto che è stato sviluppato congiuntamente dai Dipartimenti di Biologia, Ingegneria biologica, e Ingegneria elettrica e Informatica. Il programma integra biologia, ingegneria e calcolo per affrontare problemi complessi nei sistemi biologici e gli studenti di dottorato CSB hanno l’opportunità di lavorare con la facoltà CSBi di tutto l’Istituto. Il curriculum ha una forte enfasi sul materiale di base per incoraggiare gli studenti a diventare creatori di strumenti e tecnologie future, piuttosto che semplici praticanti degli approcci attuali. I candidati devono avere una laurea in biologia (o un campo correlato), bioinformatica, chimica, informatica, matematica, statistica, fisica o una disciplina ingegneristica, con gradi a doppia enfasi incoraggiati.
CSB Graduate Education
Tutti gli studenti perseguono un curriculum di base che include lezioni di biologia e biologia computazionale, insieme a una classe di biologia computazionale e dei sistemi basata sulla letteratura scientifica. Gli elettivi avanzati in scienza e ingegneria migliorano sia l’ampiezza che la profondità della formazione di ogni studente. Durante il loro primo anno, oltre ai corsi, gli studenti effettuano rotazioni in più gruppi di ricerca per ottenere una più ampia esposizione al lavoro alla frontiera di questo campo e per identificare un laboratorio adatto in cui condurre ricerche di tesi. Gli studenti CSB servono anche come assistenti didattici durante un semestre del secondo anno per sviluppare ulteriormente le loro capacità di insegnamento e comunicazione e facilitare le loro interazioni tra le discipline. Gli studenti partecipano anche alla formazione nella conduzione responsabile della ricerca per prepararli alle complessità e alle esigenze della moderna ricerca scientifica. La durata totale del programma, compresi i lavori in classe, gli esami di qualificazione, la ricerca di tesi e la preparazione della tesi è di circa cinque anni.
Curriculum
Il curriculum CSB ha due componenti. Il primo è un nucleo che fornisce conoscenze fondamentali sia della biologia che della biologia computazionale. Il secondo è un programma personalizzato di elettivi che viene selezionato da ogni studente in consultazione con i membri del CSB graduate committee. L’obiettivo è quello di consentire agli studenti un’ampia latitudine nel definire la propria area di interesse individuale, fornendo allo stesso tempo supervisione e guida per garantire che la formazione sia rigorosa e approfondita.
Core Curriculum
Il core curriculum è costituito da tre materie in classe più una serie di tre rotazioni di ricerca in diversi gruppi di ricerca. I soggetti in classe rientrano in tre aree descritte di seguito.
Biologia moderna (Un soggetto): Un termine di biologia moderna al MIT rafforza la base di biologia di tutti gli studenti del programma. I soggetti in biochimica, genetica, biologia cellulare, biologia molecolare o neurobiologia soddisfano questo requisito. Il corso particolare seguito da ogni studente dipenderà dal loro background e sarà determinato in consultazione con i membri del comitato di laurea.
Biologia computazionale (Un soggetto): Un termine di biologia computazionale fornisce agli studenti un background nell’applicazione del calcolo alla biologia, inclusa l’analisi e la modellazione di dati di sequenza, strutturali e sistemi. Questo requisito può essere soddisfatto da 7.91 / 20.490 Fondamenti di biologia computazionale e dei sistemi.
Argomenti di Biologia computazionale e dei sistemi (Un soggetto): Tutti gli studenti del primo anno del programma partecipano a / 7.89 Argomenti in Computational and Systems Biology, un’esplorazione di problemi e approcci nel campo della biologia computazionale e dei sistemi attraverso la discussione approfondita e l’analisi critica di documenti di ricerca primari selezionati. Questo argomento è limitato ai dottorandi del primo anno in CSB o campi correlati al fine di costruire una forte comunità tra la classe. È l’unico soggetto del programma con tale limitazione.
Rotazioni del gruppo di ricerca (tre rotazioni): Per assistere gli studenti nella selezione del laboratorio e fornire una serie di attività di ricerca in biologia computazionale e dei sistemi, gli studenti partecipano a tre rotazioni di ricerca della durata di uno o due mesi durante il loro primo anno. Gli studenti sono incoraggiati ad acquisire esperienza in approcci sperimentali e computazionali adottate in diverse discipline al MIT.
Elettivi avanzati
Il requisito di quattro elettivi avanzati è progettato per sviluppare sia l’ampiezza che la profondità. Gli elettivi aggiungono alla base del nucleo diversificato e contribuiscono alla forza in aree legate all’interesse degli studenti e alla direzione della ricerca. Per sviluppare la profondità, due dei quattro elettivi avanzati devono essere nella stessa area di ricerca o dipartimento. Per sviluppare l’ampiezza, almeno uno degli elettivi deve essere in ingegneria e almeno uno in scienza. Ogni studente progetta un programma di elettivi avanzati che soddisfi i requisiti di distribuzione e area in stretta consultazione con i membri del comitato di laurea.
Soggetti aggiuntivi: Come è tipico per gli studenti in altri programmi di dottorato al MIT, gli studenti di dottorato CSB possono prendere lezioni al di là del nucleo diversificato richiesto e elettivi avanzati descritti sopra. Questi argomenti aggiuntivi possono essere utilizzati per aggiungere ampiezza o profondità al curriculum proposto, e potrebbero essere utili per esplorare argomenti avanzati rilevanti per la ricerca di tesi dello studente negli anni successivi. Il CSB Graduate Committee lavora con ogni studente laureato per sviluppare un percorso attraverso il curriculum appropriato per il suo background e gli interessi di ricerca.
Formazione alla conduzione responsabile della ricerca: Durante tutto il programma, gli studenti saranno tenuti a partecipare a workshop e altre attività che forniscono formazione nella condotta etica della ricerca. Ciò è particolarmente importante in campi interdisciplinari come la biologia computazionale e dei sistemi, dove diverse discipline hanno spesso filosofie e convenzioni molto diverse. Entro la fine del quarto anno, gli studenti avranno avuto circa 16 ore di formazione nella conduzione responsabile della ricerca.
Esami di qualificazione: Oltre ai corsi e ad una tesi di ricerca, ogni studente deve superare un esame di abilitazione scritto e uno orale alla fine del secondo anno o all’inizio del terzo anno. L’esame scritto prevede la preparazione di una proposta di ricerca basata sulla ricerca di tesi dello studente, e la presentazione della proposta alla commissione d’esame. Questo processo fornisce una solida base per la ricerca di tesi, incorporando nuove idee di ricerca e perfezionando la portata del progetto di ricerca. L’esame orale si basa sui corsi svolti e sulla relativa letteratura pubblicata. Gli esami di qualificazione sono progettati per sviluppare e dimostrare la profondità in un’area selezionata (l’area della ricerca di tesi), nonché l’ampiezza delle conoscenze in tutto il campo della biologia computazionale e dei sistemi.
Ricerca di tesi: La ricerca verrà eseguita sotto la supervisione di un membro della facoltà CSBi, culminando con la presentazione di una tesi scritta e la sua difesa orale davanti al comitato di difesa della comunità e della tesi. Entro il secondo anno, uno studente avrà formato un comitato consultivo tesi che si incontreranno con su base annuale.
