Система автоматизации проектных работ по созданию живого организма
Разработана САПР для биологов
Анна Саблина, «Вечный Разум»
Программа TinkerCell позволяет создавать модели сетей молекулярно-биологических взаимодействий из доступных в базах данных клеточных «частей» и наблюдать их динамику. Она должна стать мощным инструментом для синтетической биологии.
Deepak Chandran и Frank Bergmann из University of Washington в Сиэтле разработали аналог САПР для визуального моделирования молекулярно-биологических процессов, которая поддерживает многоступенчатую иерархию биологических «частей», каждая из которых обладает набором атрибутов. Самые крупные семейства объектов: фермент, транскрипционный фактор, промотор, кодирующая белок последовательность ДНК, терминатор, мРНК, флуоресцентный белок-репортер. На семейства разбиты также и процессы, происходящие с этими объектами: биохимическая реакция, связывание с промотором, транскрипция, трансляция. Примерами атрибутов являются последовательность мономеров и константа скорости. Программа позволяет моделировать, причём с учётом пространственной организации клеток, кинетику таких процессов, как внеклеточная и внутриклеточная передача сигнала белками, в том числе протекающая в сети взаимодействий белков с многочисленными петлями положительной и отрицательной обратной связи, регуляция транскрипции генов, сигнал от флуоресцентных белков-репортеров и более сложные, основанные на перечисленных, например генные регуляторные сети. Гибкий фреймворк, объектная структура TinkerCell для моделирования позволяет ей легко приспосабливаться под изменения наших знаний о составе и взаимодействиях биологических молекул. Это может быть даже изменение того, какими атрибутами характеризуется определённый тип объектов. Доступны детерминистические (определённые) и стохастические (с элементом случайности) модели симуляции, анализ контроля метаболизма, анализ баланса потоков, одно- и двумерный анализ устойчивого равновесия.
Используемые базы данных предоставляют набор возможных объектов (белков и последовательностей ДНК) для моделирования молекулярных взаимодействий, принадлежащих к определённому организму. Также там имеются данные о конкретных характеристиках взаимодействия объектов, например, местах связывания транскрипционного фактора с промотором. Кроме использования БД можно ввести в систему свой элемент, например, последовательность ДНК, и пронаблюдать его влияние на его поведение.
Программа поддерживает модули, которыми являются относительно замкнутые небольшие сети взаимодействий белков, взаимодействующие с другими подобными сетями через интерфейсы.
Программа написана на языке С++ с использованием библиотеки Qt. Она предоставляет обширный API для программирования плагинов и скриптов на C и Python, которые позволяют, с одной стороны, загружать биологические «части» из баз данных, а с другой стороны, осуществлять различные методы анализа динамики и устойчивости системы. Например, разработчик, располагающий базой белков и нуклеотидных последовательностей по Escherichia coli, может разработать скрипт для доступа к этой базе из TinkerCell. Программа является свободным ПО с открытым исходным кодом, распространяемым по лицензии типа BSD, позволяющей распространять модифицированный код под менее свободной лицензией. Основная часть анализа осуществляется библиотеками С и С++ и модулями на Python, происходящими от третьих лиц, TinkerCell представляет лишь визуальный интерфейс и front-end для них. С помощью модулей и надстроек, создаваемых разработчиками под TinkerCell, пользователи могут составлять модели, используя визуальный или скриптовый интерфейс. Последний использует язык Antimony, разработанный теми же авторами.
С помощью программы можно моделировать влияние различных изменений на поведение биологической системы и затем сравнивать полученный результат с экспериментальными данными, чтобы определить степень правильности наших представлений о функционировании организмов. Также при помощи программы можно тестировать различные методы синтетической биологии.
Программа, документация и обучающие курсы доступны на http://www.tinkercell.com.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
12.01.2010