A PPKE Információtechnológiai és Bionikai Karának Számítógépes Rendszerbiológia programja számítógépes alapú interdiszciplináris megközelítéseket alkalmaz az élettani tudományok területén, melynek jellemző célja az emberi egészséggel kapcsolatos diagnosztikai, előrejelzési problémák megoldása. A megoldás eszközei a nagy adatbázisok analizisére alkalmas bioinformatikai és rendszerbiológiai módszerek. A dinamika alapvető fontossága az élő rendszerekben végbemenő folyamatok megértésében és befolyásolásában ma már általánosan elfogadott tény. A rendszer- és irányításelmélet gyors fejlődése, az elsősorban megbízható modellek formájában meglévő biológiai tudás a számítástudományi és számítástechnikai háttérrel együtt az utóbbi évtizedben elvezetett a rendszerbiológia nevű új tudományág megszületéséhez, amely megadja a mérnöki szemléletű keretet ahhoz, hogy fontos modellezési és tervezési problémákat tudjunk megoldani az élettudományok területén is. Biológiai folyamatok modellezéséhez két kapcsolódó kanonikus rendszerosztályt: a kvázi-polinomiális, ill. a (bio)kémiából származó kinetikus modelleket használjuk.
A heterogén adattipusok összehangolásával kapcsolatos kutatási irány célja, hogy a modern biológiai és diagnosztikai módszerek által előállított adatokat és adatbázisokat egységes rendszerben tudjuk kezelni. Az orvostudomány számára fontos adatok százas nagyságrendű számítógépes adatbázisban vannak összefoglalva, és ezekhez feldolgozatlan adat-archivumok és frissen meghatározott adatok csatlakoznak. A megbízható diagnózis érdekében ezen a komplex adathálózaton kell mintázatokat azonosítanunk, mely újszerű adatábrázolássi módszereket és új algoritmusokat igényel, mellyel az újszerű adattípusokat, jellemően az újgenerációs szekvenálás nagytömegű adatait értelmezni tudjuk. Jellemző feladat például a gyógyszerkombinációk hatásosságának előrejelzése.
Az adattípusok másik csoportját a szerkezeti adatok, elsősorban a fehérjeszerkezeti adatok alkotják, amelyből más típusú következtetéseket lehet levonnunk. Tipikusan ilyen a szerkezetek dinamikájának kérdése, amelynél elsősorban magmágneses rezonancia (NMR) módszerével nyert adatokat tudjuk kiértékelni.
A biológia és a orvostudomány számára nagy kihívást jelentenek a mikrobiális közösségek, amelyek mind a természetben, mind az emberi- és állati szervezetekben megtalálhatók, mint pl a bélflóra. Ezeket gyakran sok száz, néha több tizezer, részben ismeretlen és laboratóriumban gyakran nem is vizsgálható baktériumfaj alkotja, így analízisük különösen nehéz feladat. Diagnosztikai célokra fontos az ún. metagenomikai megközelítés, mely a mikrobiomok direkt szekvenálási adatait értékeljük ki.
A mikrobiomok stabilitása elméletileg is vizsgálható ún. ágens-alapú numerikus modellekkel, melyekkel a baktériumsejtek génszabályozása és a populáció túlélése közötti összefüggések vizsgálhatók. Ugyanezzel a módszerrel vizsgálhatók az antibiotikum-termelés és -rezisztencia terjedésének elméleti kérdései, melyek a baktériumközösségek önvédelmében is szerepet játszhatnak.
Analitikus és numerikus modellekkel vizsgálhatók a sejt- és génhálózatok dinamikájának és szabályozhatóságának kérdései. A természetben telálható sejt- és génhálózatok nagy méretük miatt nehezen vizsgálhatók természetes környezeteikben, ezért a matematikai szimulációk, és a laboratóriumi kisérletek elkerülhetetlen eszközei annak, hogy az ilyen rendszerekről információkat nyerhessünk. Ilyen rendszerszintű megközelítéseket alkalmazunk a sejtok osztódsának és szaporodásának megértésére. Saját adatokon és kisérletes együttműködő partnerek eredményein alapuló modelleket dolgozunk ki, és ezek segítségével vizsgáljuk a sejtek viselkedésmintázatainak különböző perturbációk hatásara megjelenő változásait.
Módszereket fejlesztünk ki a fenti tpusú modellek dinamikai viselkedésének analizisére, melyek segitségével megérthető a biológiai rendszerek kontrollálhatósága. Ily módon megnyílik az út a műszaki gyakorlatban is alkalmazható bioinspirált algoritmusok kifejlesztésére. Például az azonos vagy hasonló dinamikai működést mutató biokémiai reakcióhálózatok struktúrális sokfélesége intenzíven kutatott téma fontos alkalmazásokkal a biológiai rendszerek struktúrális és parametrikus identifikációja ill. tervezése területén. Ilyen problémák megoldásához több optimalizáláson alapuló, bizonyítottan helyes számítási módszert fejlesztettünk ki.