Ruolo del rumore ambientale in sistemi complessi di natura biologica

Abstract

La Fisica dei Sistemi Complessi ha recentemente assunto un ruolo sempre più importante nella descrizione dei sistemi biologici a causa delle interazioni, sia deterministiche sia rumorose o “randomiche”, di tali sistemi con l’ambiente. La presenza del rumore diviene particolarmente rilevante nella trattazione dei sistemi biologici in ambito medico. In questo lavoro vengono presentati due diversi sistemi: i) un modello di dinamica di popolazioni che descrive lo sviluppo delle cellule tumorali responsabili della Leucemia Mieloide Cronica (CML); ii) un modello stocastico che riproduce la crescita di batteri in alimenti di origine animale. Nel primo sistema viene utilizzato un approccio Monte Carlo per descrivere lo sviluppo della CML. In particolare, viene simulata l'evoluzione stocastica di cellule sane, che possono subire mutazioni genetiche divenendo cloni leucemici. I risultati ottenuti dimostrano che una terapia intermittente potrebbe rappresentare una valida scelta, riducendo il rischio di resistenza e favorendo il completo ripristino delle cellule sane. Nel secondo sistema viene analizzata la dinamica di un batterio, Listeria monocytogenes, in presenza di batteri di acido lattico (LAB) durante il periodo di fermentazione di alimenti a base di carne. Il modello, basato su una generalizzazione delle equazioni di Lotka-Volterra in presenza di sorgenti di rumore, tiene conto delle fluttuazioni randomiche di parametri fisico-chimici come la temperatura, il pH e il livello di umidità, che vengono quindi trattati come variabili stocastiche. La presenza nel modello di opportuni livelli di rumore permette di ottenere risultati teorici in ottimo accordo con i dati sperimentali.