규칙 기반 모델링

Rule-based modeling

규칙 기반 모델링은 수학 모델을 간접적으로 지정하는 일련의 규칙을 사용하는 모델링 접근법이다. 규칙 집합은 마르코프 체인이나 미분 방정식과 같은 모델로 번역하거나, 변환된 모델 대신 규칙 집합에서 직접 작동하는 도구를 사용하여 처리할 수 있는데, 이는 일반적으로 규칙 집합이 훨씬 더 크기 때문이다. 규칙 기반 모델링은 규칙 집합이 암시하는 모델보다 훨씬 단순할 경우 특히 효과적이며, 이는 모델이 제한된 수의 패턴을 반복적으로 나타내는 것임을 의미한다. 이런 경우가 종종 있는 중요한 영역은 생물의 생화학 모델이다. 상호 상응하는 물질의 집단은 상호 상응하는 상호작용을 받는다.

바이오넷젠[1](BioNetGen)은 방정식을 직접 생성하지 않고 일반 미분 방정식으로 구성된 수학 모델을 생성하는 데 사용되는 소프트웨어 도구 모음입니다. 예를 들어, BioNetGen 형식의 예는 다음과 같다.

위치:

  1. A(a,a): 두 개의 자유 결합 사이트를 가진 모델 A 종을 나타낸다.
  2. B(b): 하나의 자유로운 결합 부위가 있는 B 모델 종을 나타낸다.
  3. A(a!1)B(b!1): A의 결합 부위가 B의 결합 부지에 적어도 하나 이상 바인딩되는 모델 종을 나타낸다.

위의 코드 라인으로 바이오넷젠은 정확한 질량 밸런스를 가진 각 모델 종별 ODE를 자동으로 생성한다. 또한, 위의 규칙은 두 개의 결합 부위가 있기 때문에 두 개의 B 분자가 하나의 A 분자에 결합할 수 있다는 것을 의미하기 때문에 추가적인 종들이 만들어질 것이다. 따라서 다음과 같은 종이 생성된다.

4. A(a!1,a!2)B(b!1).B(b!2): 두 개의 다른 B 분자가 점유하고 있는 두 결합 부위의 분자 A.

생화학적 시스템용

생화학적 시스템의 시뮬레이션에서 규칙 기반 모델링의 초기 사용 노력에는 확률적 시뮬레이션 시스템 StochSim이[2] 포함된다.

생화학적 네트워크의 규칙 기반 모델링에 널리 사용되는 툴은 바이오넷젠이다. 바이오넷젠은 GNU GPL 버전 3으로 출시된다. BioNetGen은 화학 물질을 설명하는 언어를 포함하는데, 여기에는 그들이 가정할 수 있는 상태와 그들이 겪을 수 있는 바인딩이 포함된다. 이러한 규칙은 대응 네트워크 모델을 만들거나 규칙 집합에서 직접 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하는 데 사용할 수 있다. 생화학적 모델링 프레임워크 Virtual Cell에는 BioNetGen 통역기가 포함되어 있다.

가까운 대안은 카파어다.[4] 또 다른 대안은 생물화학 우주 언어다.[5]

참조

  1. ^ Faeder, James R.; Blinov, Michael L.; Hlavacek, William S. (2009), Rule-Based Modeling of Biochemical Systems with BioNetGen, Methods in Molecular Biology, vol. 500, Totowa, NJ: Humana Press, pp. 113–167, doi:10.1007/978-1-59745-525-1_5, ISBN 978-1-934115-64-0, PMID 19399430, retrieved 2020-12-14
  2. ^ Morton-Firth CJ, Bray D(1998) 세포내 신호 전달 경로의 시간적 변동을 예측한다. J 이론 비올. 1998 192(1:117-28)
  3. ^ 바이오넷젠
  4. ^ 카파
  5. ^ Děd et al. (2016) 카파 및 BNGL ENTCS 326:27-49에 Semantics가 있는 공식 생화학적 공간.


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