Implementazione di un simulatore per comunità microbiche basato su un modello multi-agente

In natura le comunità microbiche contengono centinaia, se non migliaia, di specie interagenti. La loro interazione con l'ambiente circostante, talvolta coincidente con i tessuti di un certo organismo ospite, è un fattore critico per poter determinare l'evoluzione di sistemi ecologici e fisiologici complessi. Per questa ragione le simulazioni computazionali stanno acquisendo un ruolo sempre più importante nell'ecologia microbica. In questo manoscritto, viene presentato un simulatore per comunità batteriche basato su un modello ad agenti multipli, entità autonome capaci di interagire tra loro e con l'ambiente. I modelli Agent-Based (ABM) fanno parte della classe dei modelli meccanicistici, la cui struttura matematica è basata su rigorose ipotesi biologiche. Questo tipo di modelli mira a descrivere i sistemi biologici con cognizione di causa, cercando di generare nuova conoscenza sull'evoluzione di un sistema, a partire da nozioni ben consolidate sui singoli costituenti che lo compongono. L'obiettivo di questo progetto di tesi è sviluppare la versione preliminare del simulatore, implementando in Python una struttura di base che consenta già di ottenere le prime simulazioni e che sia modularmente incrementabile, sia in termini di funzionalità che di livello di dettaglio dei modelli e parametri descriventi la biologia rappresentata. Il fine ultimo è, infatti, quello di produrre uno strumento atto a validare teorie ed ipotesi e che permetta di sostituire, in parte, la sperimentazione diretta. Questo garantirebbe enormi vantaggi dal punto di vista dell'impiego di tempo e risorse. Ci sono ancora diversi raffinamenti da effettuare, alcuni dei quali vengono suggeriti verso la fine del manoscritto. Si tenga conto, inoltre, che il simulatore è stato pensato per un utilizzo futuro: al momento attuale le tecnologie disponibili non consentono ancora di ottenere facilmente la conoscenza necessaria ad una definizione rigorosa di tutti i parametri degli agenti. Considerando, però, la velocità con la quale la scienza progredisce ci si aspetta che in una decina d'anni questo gap venga riempito e ci auguriamo che nel frattempo il simulatore raggiunga lo stato dell'arte. In ogni caso, si sta già considerando la possibilità di rendere il simulatore un pacchetto Python con un'interfaccia user-friendly che sia fruibile anche ad utenti con limitate competenze di programmazione ed informatica in generale.