 |
Обобщенный химико-кинетический метод моделирования. Формальное описание математических и компьютерных моделей генных сетей:
|
|
|
|
ОХКММ разработан в ИЦиГ СО РАН и используется нами для моделирования динамики генных сетей;
ОХКММ ориентирован на формализованное, в первую очередь портретное, описание функционирования произвольных биосистем.
В рамках ОХКММ развиты средства, позволяющие эффективно моделировать такие структурные и функциональные особенности генных сетей, как:
• Цис- и транс- эффекты;
• Взаимное расположение и ориентацию генов и их регуляторных сайтов;
• Матричность фундаментальных процессов (репликация, транскрипция, трансляция);
• Полиплоидия;
• Генетические перестройки, рекомбинация, кросcинговер;
• Мутации;
• Многокомпартментость; • и т.д.
Формализация в рамках ОХКММ осуществляется на основе блочного принципа:
• Описание элементарных подсистем проводится в терминах элементарных процессов
• Основной принцип локальная независимость процессов
• Элементарные процессы описываются на основе формальных блоков
• Формальные блоки однозначно характеризуются: 1. упорядоченным списком формальных динамических переменных (X), 2. упорядоченным списком формальных параметров (P) и 3. законом преобразования информации (F).
1. Обратимая биомолекулярная реакция: 
| 
|
2. Необратимая мономолекулярная реакция: 
| 
|
3. Конститутивный синтез: 
| 
|
| 4. Обобщенная схема 1 Михаэлиса - Ментен | 
|
| 5.Обобщенная схема 2 Михаэлиса - Ментен | 
|
| 6. Обобщенная схема 3 Михаэлиса - Ментен | 
|
7. "Реакция" 
| 
|
8. Суммирование: 
| 
|
| 9. Пороговый автомат: | 
|
| 10. Стохастический автомат: | 
|
Генные сети как объект исследования. Основные элементы генной сети. Булевы сети.
Генные сети – сверхбольшие системы со сверхсложной структурнофункциональной организацией и динамическими свойствами.
|
|
|
Анализ огромных объемов экспериментальных данных, отражающих сложные процессы функционирования молекулярно-генетических систем, исследование структурной организации, молекулярных механизмов функционирования, закономерностей эволюции генных сетей, оценки влияния мутаций на функцию генных сетей, реконструкции генных сетей на основе экспериментальных данных и т.д., принципиально невозможен без использования современных информационных технологий и эффективных математических методов анализа данных и моделирования биологических систем и процессов.
Основные элементы генной сети:
1. РНК и белки, кодируемые этими генами.
2. Ядро генной сети - группа координировано работающих генов
3. Пути передачи сигналов, обеспечивающие активацию или подавление экспрессии генов.
4. Низкомолекулярные компоненты, осуществляющие переключение функции генных сетей в ответ на внешние воздействия (гормоны и другие сигнальные молекулы), энергетические компоненты, различные метаболиты и т.д.
5. Отрицательные и положительные обратные связи, стабилизирующие параметры генной сети на определенном уровне или, напротив, отклоняющие их от исходного значения, обеспечивая переход к новому функциональному состоянию.
Булевы сети
Модели булевых сетей (Boolean networks) основаны на булевой логике. Предполагается, что каждый ген может находиться в двух состояниях: “экспрессируется”, либо “не экспрессируется”. Для простоты, эти состояния обозначаются “1” и “0”, соответственно. Состояние всей модели описывается списком экспресирующихся и не экспрессирующихся генов.
Пример булевой функции для трехгенной системы (XYZ):
X(next) = X(current) AND Y(current)
Y(next) = X(current) OR Y(current)
Z(next) = X(current) OR {[NOT Y(current)] AND Z(current)}
|
|
|
