Д. Д. РАДИОНОВА
Научный руководитель - М. А. КОРОТКОВА, к. т.н., доцент
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Система для создания описаний структуры и динамики генных сетей
Описывается система для создания описаний структуры и динамики произвольной генной сети.
Генная сеть - это совокупность координировано экспрессирующихся генов, их белковых продуктов и взаимосвязей между ними [1].Часто генные сети обладают большой размерностью и сложным характером взаимодействий между генами.
Основным методом изучения генных сетей является проведение экспериментов на реальных биологических объектах. Полученные данные необходимо сопоставлять, обобщать, систематизировать, проверять на согласованность, выявлять в них скрытые взаимосвязи и предсказывать еще не выявленные свойства изучаемой сети для определения новых направлений в экспериментах. Для этого необходимо создание модели, которая описывает как структуру генной сети, так и ее динамику.
Создание адекватной модели требует разработки и сравнения нескольких прототипов, оптимизации и проверки устойчивости полученной модели.
Существующие на настоящий момент информационные системы для моделирования генных сетей предназначены в основном для визуализации уже известных данных, автоматически извлекаемых из источников в интернете [2,3]. В системе VANESA[3] реализовано извлечение данных о работе сетей из известных баз данных, демонстрация динамики их работы и сопоставление сетей, полученных из разных источников. Система моделирования работы генной сети с помощью сетей Петри с учётом ряда внешних воздействий, описана в [4].
Разработана система, позволяющая моделировать динамику произвольных генных сетей. Моделью генной сети являются дифференциальные уравнения, описывающие взаимные зависимости экспрессии генов, а параметрами модели – уровни взаимозависимости экспрессий генов.
В системе генная сеть представляется в виде ориентированного графа, вершины которого соответствуют генам, а дуги – взаимодействиям между генами. Каждой дуге сопоставляется дифференциальное уравнение первого порядка, описывающее зависимость между экспрессией соответствующих генов.
Зависимости рассматриваются относительно значения вводимого параметра – абстрактного модельного времени, а моделирование трактуется как получение динамики экспрессии генов в процессе функционирования генной сети при заданных граничных условиях. Результаты моделирования динамики представляются в виде графиков изменения экспрессии генов в модельном времени.
Разработанная система позволяет создавать представления произвольных генных сетей, задавая гены и взаимодействия между ними. Созданное представление сети может быть сохранено и использоваться при дальнейшей работе. Система позволяет промоделировать динамику сети при заданных начальных условиях, отредактировать модель сети и выполнить моделирование для изменённой сети. Может быть произведено сравнение работы двух и более вариантов сетей, анализ их устойчивости и сходимости.
В системе реализовано моделирование работы генной сети исходя из фиксированного начального состояния и моделирование переходов сети между заданными состояниями в необходимой последовательности.
Информационная система представляет собой программный комплекс, который интегрирует возможности платформы Windows Presentation Foundation в. NET и математического пакета Wolfram Mathematica [5,6].
Для обеспечения согласованности полученного описания генной сети с уже подтвержденными фактами, в перспективе система будет получать информацию о генных сетях из подтвержденных источников в Интернете.
Список литературы
1. , , Теоретический анализ гипотетических генных сетей – Н.: Сибирское отделение Российской академии наук, 2001
2. , , Деменков компьютерной системы ANDCell для реконструкции и анализа ассоциативных сетей потенциальных механизмов взаимосвязи миопии и глаукомы - Вестник ВОГиС, Том 14, № 1, 2010
3. VANESA [Электронныйресурс]:: Visualization and Analysis of Networks in System Biology Applications / University of Bielefeld, Germany: http://www. /cgi-bin/company/products. cgi? Link=2&ProdId=12– Загл. с экрана.
4. , , Скрябин модель генетического контроля развития растения на примере Arabidopsis Thaliana – М.: Информационные технологии, Т7, 2008.
5. Мэтью Мак-Дональд Windows Presentation Foundation в. NET 4 с примерами на C# 2010 для профессионалов – Москва, Санкт-Петербург, Киев: Изд-во Вильямс, 2011.
6. Wolfram [Электронный ресурс]: официальный сайт математического пакета Wolfram Mathematica. -2011. – Режим доступа: www. , свободный. – Загл. С экрана. – Яз. англ.,рус.
