시스템 생물학 모델링 소프트웨어 목록

List of systems biology modeling software

시스템 생물학은 생물학적 과정을 이해하고 예측하는 데 도움이 되는 수학적 모델을 구축하는 데 크게 의존합니다.모델 구축을 [1][2][3][4]지원하는 전문 소프트웨어는 최초의 디지털 컴퓨터가 등장한 이래로 개발되어 왔습니다.다음 목록은 연구원이 현재 지원하는 소프트웨어 응용프로그램을 제공합니다.

현대 시스템 생물학 모델링 소프트웨어의 대다수는 생물학적 세포 과정의 모델을 교환하기 위한 사실상의 표준인 SBML을 지원합니다.일부 도구는 생리학적 과정을 표현하는 데 사용되는 표준인 CellML도 지원합니다.표준 형식을 사용할 경우의 이점은 특정 소프트웨어 응용 프로그램이 지원되지 않거나 사용할 수 없게 될 수도 있지만 해당 응용 프로그램에서 개발한 모델을 보다 현대적인 동등한 것으로 쉽게 이전할 수 있다는 것입니다.이를 통해 과학적 연구가 원래의 연구 결과를 발표한 지 한참 후에 재현될 수 있습니다.

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적극적으로 지원되는 오픈 소스 소프트웨어 애플리케이션

일반 정보

이름. 설명/유명성 OS 면허증. 위치 SBML 지원
아이바이오심 iBioSim은[5][6] 유전자 회로의 모델링, 분석 및 설계를 위한 CAD(Computer-Aided Design) 도구입니다. 다중 플랫폼(Java/C++) 아파치 [1] 네.
CompuCell3d 다세포 모델을 구축하고 시뮬레이션하기 위한 GUI/스크립트[7] 도구. 다중 플랫폼(C++/파이썬) MIT [2] 네, 하지만 리액션만.
코파시 SBML 모델을 분석하고 시뮬레이션하기 위한 GUI[8][9] 도구입니다. 다중 플랫폼(C++) 아티스틱 라이선스 [3] 네.
사이토심 유연한 세포골격 필라멘트 및 운동[10] 단백질을 위한 공간 시뮬레이터 Mac, 리눅스, Cygwin(C++) GPL3 [4] 해당없음
자유 선거 운동가 SBML[11][12] 모델의 시뮬레이션 및 분석을 위한 고성능 소프트웨어 라이브러리 다중 플랫폼(C/C++) 아파치 라이선스 [5] 네.
질량 파이 COBRApy와 함께[15] 작동할 수 있는 시뮬레이션 도구 다중 플랫폼(파이썬) MIT [6] 네.
MCell 개별[16][17][18] 분자를 이용한 입자 기반 공간 확률적 시뮬레이션을 위한 GUI 도구 다중 플랫폼 MIT 및 GPLv2 [7] 해당없음
오픈COR Windows, Linux 및 macOS에서 CellML 파일을 구성, 편집, 시뮬레이션 및 분석하는 것을 목표로 하는 교차 플랫폼 모델링 환경입니다. 다중 플랫폼(C++/파이썬) GPLv3 [8] CellML 사용
피지컬 보스 Boolean 신호 네트워크를 Cell[19] Agent에 직접 통합하는 PhysCell 에이전트 기반 모델링 플랫폼의 특수한 형태 다중 플랫폼(C++) BSD-3 [9] 네, 하지만 반응에만 해당됩니다.
물리 셀 다세포 시스템 생물학을 위한 에이전트[20] 기반 모델링 프레임워크 다중 플랫폼(C++) BSD-3 [10] 네, 하지만 반응에만 해당됩니다.
PySCeS SBML 모델[21][22][23] 모델링 및 분석을 위한 Python 도구 다중 플랫폼(파이썬) BSD-3 [11] 네.
파이에스비 규칙 기반 모델에 특화된 Python 기반[24] 플랫폼. 다중 플랫폼(파이썬) BSD-3 [12] 부분적
Read DDy 분자간[25] 전위를 갖는 입자 기반 공간 시뮬레이터 리눅스 및 맥 관습 [13] 해당없음
SBSCL SBML에 대한 효율적이고 철저한 지원을 제공하는 Java[26][27] 라이브러리 다중 플랫폼(자바) LGPL [14] 네.
SBW(소프트웨어) 다양한 모델링 도구를 포함하는 분산형[28][29] 워크벤치 다중 플랫폼(C/C++) BSD-3 [15] 네.
스몰딘 개별[30][31][32][33] 분자를 이용한 공간 확률적 시뮬레이션을 위한 입자 기반 시뮬레이터 다중 플랫폼(C/C++/파이썬) LGPL [16] 해당없음
시공간 세포 사이트당[34][35] 최대 1분자의 미세 격자를 사용하는 공간 모델링 소프트웨어 다중 플랫폼 알 수 없는 [17] 해당없음
스프링 샌드 분자가 스프링으로[36] 연결된 구체인 입자 기반 공간 시뮬레이터 다중 플랫폼 알 수 없는 [18] 해당없음
단계 분산[37][38][39][40] 메쉬상에서의 확률적 반응-확산 및 막전위 솔버 다중 플랫폼(C++/파이썬) GPLv2 [19] 부분 [20]
텔루륨(소프트웨어) 여러 라이브러리를 하나의 플랫폼으로 패키징하는 시뮬레이션 [41][42]환경. 다중 플랫폼(파이썬) 아파치 라이선스 [21] 네.
URDME 비정형[43] 메쉬의 확률적 반응-확산 시뮬레이션 Mac, Linux 기반의 MatLab GPL3 [22] 해당없음
VCell 반응 네트워크와 반응 규칙을 모두 포함하여 비공간적, 공간적, 결정론적 및 확률적 시뮬레이션을 위한 포괄적인 모델링[44][45] 플랫폼. 다중 플랫폼(자바) MIT [23] 네.


피쳐 테이블

지원되는 모델링 패러다임

이름. ODE 제약 조건 기반 확률론적 논리적 에이전트 기반 공간(입자) 공간(연속)
아이바이오심 네. 아니요. 네. 아니요. 한정된 아니요. 아니요.
CompuCell3d 네. 아니요. 아니요. 아니요. 네. 아니요. 네.
코파시 네. 아니요. 네. 아니요. 아니요. 아니요. 아니요.
사이토심 아니요. 아니요. 네. 아니요. ? 네. ?
자유 선거 운동가 네. 아니요. 네. 아니요. 아니요. 아니요. 아니요.
질량 파이 libroadrunner 사용 COBRApy 아니요. 아니요. 아니요. 아니요.
MCell 아니요. 아니요. ?\아니오 아니요. 아니요. 네. 아니요.
오픈COR 네. 아니요. 아니요. 아니요. 아니요. 아니요. 아니요.
피지컬 보스
물리 셀 libroadrunner 사용 아니요. 아니요. 아니요. 네. ? 네.
PySCeS 네. 아니요. ? 아니요. 아니요. 아니요. 아니요.
파이에스비 네. 아니요. 아니요. 아니요. 아니요. 아니요. 아니요.
Read DDy
SBSCL 네. ? ? 아니요. 아니요. 아니요. 아니요.
SBW 네. 아니요. 네. 아니요. 아니요. 아니요. 아니요.
스몰딘 아니요. 아니요. 아니요. 아니요. 아니요. 아니요. 네.
시공간 세포
스프링 샌드
단계
텔루륨(소프트웨어) libroadrunner 사용
URDME
VCell 네. 아니요. ? 아니요. 아니요. 아니요. 단일 셀

미분방정식별 특성

이름. 논스티프 솔버 뻣뻣한 해결사 정상 상태 솔버 정상 상태 민감도 시간 의존적 민감도 분기 분석
아이바이오심 네. 네. 아니요. 아니요. ? 아니요.
CompuCell3d libroadrunner 사용 나
코파시 네. 네. 네. 네. ? 한정된
자유 선거 운동가 네. 네. 네. 네. 네. 플러그인을 통해
덩어리 같은 libroadrunner 사용
오픈COR 네. 네. ? ? ? 아니요.
피지컬 보스
물리 셀 libroadrunner 사용
PySCeS 네. 네. 네. 네. ? 제한된 +
파이에스비 네. 아니요. 아니요. 아니요. 아니요. 아니요.
SBSCL
SBW C# 버전의 로드러너 사용 네.
텔루륨(소프트웨어) libroadrunner 사용
VCell 네. 네. 아니요. 아니요. 아니요. 아니요.

파일 형식 지원 및 인터페이스 유형

이름. 수입품 내보내기 기본 인터페이스 네트워크 시각화(편집)
아이바이오심 SBML SBML GUI 예(예)
CompuCell3d 네이티브 XML 사양 형식 및 SBML 네이티브 XML GUI/Python 스크립팅 아니요.
코파시 네이티브 XML 사양 형식 및 SBML 네이티브 XML 및 SBML GUI 예(아니오)
자유 선거 운동가 SBML SBML 파이썬 스크립팅 아니요.
덩어리 같은 SBML SBML 파이썬 스크립팅 아니요.

고급 기능(해당되는 경우)

이름. 화학량론 행렬 감소된 스토아히 행렬 보존된 부분 분석 야코비안 MCA
코파시 네. 네. 네. 네. 네.
자유 선거 운동가 네. 네. 네. 네. 네.
덩어리 같은 libroadrunner 경유로
PySCeS 네. 네. 네. 네. 네.
VCell ? ? ? ? 한정된

기타 기능

이름. 모수 추정 DAE 지원 유닛 지원
아이바이오심 아니요. ? ?
ComputeCell3d 나 나 ?
코파시 네. 아니요. 네.
자유 선거 운동가 Python 패키지를 통해 한정된 네.
덩어리 같은 Python 패키지를 통해 한정된 네.

입자 기반 시뮬레이터

입자 기반 시뮬레이터는 분자 확산, 분자-막 상호 작용 및 화학 [46]반응을 시뮬레이션하여 각 관심 분자를 연속 공간에서 개별 입자로 취급합니다.

입자 기반 시뮬레이터 비교

다음 목록에서는 여러 입자 기반 시뮬레이터의 기능을 비교합니다.이 표는 원래 컴퓨터 [47]신경 과학 백과사전에 출판된 버전에서 편집한 것입니다.시스템 경계 코드: R = 반사, A = 흡수, T = 전송, P = 주기적, I = 상호 작용알고리즘은 정확하지만 소프트웨어는 원래 표를 컴파일할 때 잘못된 결과를 생성했습니다.이러한 벤치마크 실행 시간은 세부 수준이 다르기 때문에 다른 벤치마크 실행 시간과 비교할 수 없습니다.

특징 MCell 스몰딘 eGFRD 스프링 샌드 Read DDy
시간 단계 ~1 우리 nstoms 이벤트 기반의 ~10ns ~0.1ns ~
분자 포인트 점, 구체 구체들 다재다능한 다재다능한
치수 2,3 1,2,3 3 3 3
시스템 경계 R,A,P,T R,A,P,T P R P,I
표면 삼각망 많은 원초적 요소들 - 1 평평한 표면 평면, 구체
표면 분자 1/1800, 2개 상태 무제한, 4개 주 - 무제한, 3개 주 -
제외 볼륨 - 훌륭합니다. 정확한 좋아요. 훌륭합니다.
멀티머 상태만 규칙 기반 모델 - 명시적 명시적
알로스테리 - 네. - 네. -
반응 정확도 아주 좋아요. 훌륭합니다. 정확* 훌륭합니다. 훌륭합니다.
해리 생성물 확률의 일정한 별거 인접한 인접한 인접한
분자-표면 상호작용 좋아요. 훌륭합니다. - 사이트에만 가능성
장거리 상호작용 - 네. - - 네.
벤치마크 실행 시간 67초 22초 13일간의 휴가 9.1개월(추정) 13분
분배 실행 가능한 실행 가능한 자명한 자바 파일 자명한
사용자 인터페이스 GUI, 텍스트 본문 본문 GUI 파이썬 스크립트
그래픽 출력 훌륭합니다. 좋아요. 부분적인 지지 부분적인 지지 좋아요.
라이브러리 인터페이스 파이썬 C/C++, 파이썬 - - 파이썬
레퍼런스

[48][49][50]

[51][52] [53][54][55] [56] [57]

기존 오픈 소스 소프트웨어 애플리케이션

다음은 1980년대 이전에 개발된 생화학 시스템을 모델링하기 위한 초기 소프트웨어 목록입니다. 역사적인 흥미를 위해 나열되어 있습니다.

이름. 설명/유명성 언어 말단 개미 퀀텀[58]
바이오심[59] 최초로 기록된 생화학 네트워크의 디지털 시뮬레이터 (데이비드 가핀켈) 포트란 IV 1968
KDF 9[60] MCA를 지원하는 최초의 시뮬레이터.에든버러의 고 짐 번즈가 개발했습니다. FORTRAN의 초기 형태 1968
메타심[61] 박과 라이트의 얼리 시뮬레이터 PL/1 1973

다음 목록은 1980년대와 1990년대에 개발된 일부 소프트웨어 모델링 응용 프로그램을 보여줍니다.역사적인 흥미를 위해 나열되어 있습니다.

이름. 설명/유명성 언어 SBML 지원 말단 개미 퀀텀[62]
COR[63] 최초의 공용 CellML 기반 환경입니다. 오브젝트 파스칼 CellML 사용 2010
DBsol[64] 초기 GUI 기반 시뮬레이션 플랫폼. C/C++ 아니요. 1999
이셀[65] 전체 셀 모델링 플랫폼의 초기 시도 중 하나입니다. C/C++ 아니요. 1999
게파시[66] 대사 조절 분석 및 파라미터 추정을 지원하는 최초의 GUI 애플리케이션. C/C++ 네. 1993
자나크[67] 시스템 생물학 모델링에서 스크립팅을 지원하는 최초의 GUI 기반 애플리케이션. 오브젝트 파스칼 네. 2000
제이심[68] 최초의 Java 기반 시스템 생물학 모델링 플랫폼 자바 네. 2003
메타모드[69] 최초의 PC 기반 시스템 생물학 시뮬레이터 중 하나 BBC 마이크로 아니요. 1986
메타모델[70] 초기 PC 기반 시스템 생물 시뮬레이터 터보 파스칼 5.0 아니요. 1991
MIST[71] GUI 기반 시뮬레이터 볼랜드 파스칼 7.0 아니요. 1995
SCAMP[72] PC에서 대사 조절 분석 및 시뮬레이션을 지원하는 최초의 애플리케이션 파스칼, 나중에 C. 아니요. 1985 (논문)


레퍼런스

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