Моделирование на основе правил - это подход к моделированию, который использует набор правил, косвенно определяющих математическую модель. Набор правил может быть преобразован в модель, такую как цепи Маркова или дифференциальные уравнения, или обрабатываться с использованием инструментов, которые напрямую работают с набором правил вместо переведенной модели, поскольку последняя обычно намного больше. Моделирование на основе правил особенно эффективно в тех случаях, когда набор правил значительно проще, чем модель, которую он подразумевает, а это означает, что модель является повторным проявлением ограниченного числа шаблонов. Важной областью, где это часто бывает, являются биохимические модели живых организмов. Группы взаимно соответствующих веществ подвержены взаимно соответствующим взаимодействиям.
BioNetGen [1] - это набор программных инструментов, используемых для создания математических моделей, состоящих из обыкновенных дифференциальных уравнений, без непосредственного создания уравнений. Например, ниже приведен пример правила в формате BioNetGen:
Где:
- A (a, a): представляет модельный вид A с двумя свободными сайтами связывания a
- B (b): представляет модельный вид B с одним свободным сайтом связывания.
- A (a! 1) .B (b! 1): представляет модельные виды, где по крайней мере один сайт связывания A связан с сайтом связывания B
С помощью приведенной выше строки кода BioNetGen автоматически создаст ODE для каждого модельного вида с правильным балансом массы. Кроме того, будут созданы дополнительные виды, потому что приведенное выше правило подразумевает, что две молекулы B могут связываться с одной молекулой A, поскольку существует два сайта связывания. Таким образом, будут созданы следующие виды:
4. A (a! 1, a! 2) .B (b! 1) .B (b! 2): молекула A, у которой оба сайта связывания заняты двумя разными молекулами B.
Для биохимических систем
Ранние попытки использовать моделирование на основе правил при моделировании биохимических систем включают стохастические системы моделирования StochSim [2]
Широко используемым инструментом для моделирования биохимических сетей на основе правил является BioNetGen [3]. Он выпущен под лицензией GNU GPL , версия 3. BioNetGen включает язык для описания химических веществ, включая состояния, которые они могут принимать, и связывания, которым они могут подвергаться. Эти правила можно использовать для создания модели реакционной сети или для компьютерного моделирования непосредственно на наборе правил. Среда биохимического моделирования Virtual Cell включает интерпретатор BioNetGen.
Близкая альтернатива - язык каппа. [4] Другой альтернативой является язык биохимического пространства. [5]
Рекомендации
- ^ Фейдер, Джеймс Р .; Блинов, Михаил Л .; Хлавачек, Уильям С. (2009), Rule Based-Моделирование систем биохимических с BioNetGen , методы молекулярной биологии, 500 , Totowa, NJ: Humana Press, стр 113-167,. DOI : 10.1007 / 978-1-59745-525 -1_5 , ISBN 978-1-934115-64-0, PMID 19399430 , получено 14 декабря 2020 г.
- ^ Morton-Firth CJ, Bray D (1998) Предсказание временных колебаний внутриклеточного сигнального пути . J Theor Biol. 1998 192 (1): 117-28.
- ^ BioNetGen
- ^ Каппа
- ^ Дед и др. (2016) Формальное биохимическое пространство с семантикой в каппе и BNGL ENTCS 326: 27-49.