Pravidlové modelování - Rule-based modeling

Modelování založené na pravidlech je přístup k modelování, který využívá sadu pravidel, která nepřímo určuje matematický model. Sada pravidel může být buď převedena do modelu, jako jsou Markovovy řetězce nebo diferenciální rovnice, nebo může být zpracována pomocí nástrojů, které přímo fungují na sadě pravidel namísto přeloženého modelu, protože ten je obvykle mnohem větší. Modelování založené na pravidlech je obzvláště účinné v případech, kdy je sada pravidel podstatně jednodušší než model, z něhož vyplývá, což znamená, že model je opakovaným projevem omezeného počtu vzorů. Důležitou doménou, kde k tomu často dochází, jsou biochemické modely živých organismů. Skupiny vzájemně odpovídajících látek podléhají vzájemně odpovídajícím interakcím.

BioNetGen je sada softwarových nástrojů používaných ke generování matematických modelů sestávajících z obyčejných diferenciálních rovnic bez generování rovnic přímo. Níže je například ukázkové pravidlo ve formátu BioNetGen:

Kde:

  1. A (a, a): Představuje modelový druh A se dvěma volnými vazebnými místy a
  2. B (b): Představuje modelový druh B s jedním volným vazebným místem
  3. A (a! 1) .B (b! 1): Představuje modelové druhy, kde alespoň jedno vazebné místo A je vázáno na vazebné místo B

S výše uvedeným řádkem kódu BioNetGen automaticky vytvoří ODE pro každý modelový druh se správnou hmotnostní bilancí. Kromě toho bude vytvořen další druh, protože výše uvedené pravidlo naznačuje, že dvě molekuly B se mohou vázat na jednu molekulu A, protože existují dvě vazebná místa. Proto budou generovány následující druhy:

4. A (a! 1, a! 2) .B (b! 1) .B (b! 2): Molekula A s oběma vazebnými místy obsazenými dvěma různými molekulami B.

Pro biochemické systémy

Počáteční snahy o použití modelování založeného na pravidlech v simulaci biochemických systémů zahrnují stochastické simulační systémy StochSim

Široce používaným nástrojem pro modelování biochemických sítí na základě pravidel je BioNetGen Je vydáván pod GNU GPL , verze 3. BioNetGen obsahuje jazyk popisující chemické látky, včetně stavů, které mohou předpokládat, a vazeb, kterým mohou podléhat. Tato pravidla lze použít k vytvoření modelu reakční sítě nebo k provádění počítačových simulací přímo na sadě pravidel. Rámec pro biochemické modelování Virtual Cell zahrnuje tlumočník BioNetGen.

Blízkou alternativou je jazyk Kappa. Další alternativou je jazyk BioChemical Space.

Reference