Физиомика - Physiomics

Физиомика систематическое изучение физиом в биология. В физиомике работают биоинформатика построить сети физиологический функции, связанные с гены, белки и их сети. Некоторые из методов определения индивидуальных отношений между последовательностью ДНК и физиологической функцией включают: инженерия метаболических путей[1] и РНКи анализ.[2] Отношения, полученные из таких методов, организуются и обрабатываются вычислительным способом для формирования отдельных сетей. Компьютерные модели использовать эти экспериментально определенные сети для разработки дальнейших прогнозов функции генов.[3][4]

История

Физиомика возникла из-за дисбаланса между объемом данных, генерируемых геномные проекты и технологическая способность анализировать данные в большом масштабе.[3] В качестве таких технологий, как высокопроизводительное секвенирование использовались для генерации больших объемов геномных данных, необходимо было разработать эффективные методы для экспериментальной интерпретации и вычислительной организации этих данных.[5] Науку можно проиллюстрировать как цикл, связывающий знания с наблюдениями. В постгеномную эпоху способность вычислительных методов помочь в этом наблюдении стала очевидной. Этот цикл, поддерживаемый компьютерными моделями, является основой биоинформатики и, следовательно, физиомики.[6]

Физиомные проекты

В 1993 году Международный союз физиологических наук (IUPS) в Австралии представил физиологический проект с целью дать количественное описание физиологической динамики и функционального поведения интактного организма. Проект Physiome стал основным направлением деятельности IUPS в 2001 году.[7] Национальный проект физиомных ресурсов моделирования - это североамериканский проект Вашингтонского университета. Ключевыми элементами проекта NSR являются создание баз данных физиологической, фармакологической и патологической информации о людях и других организмах и их интеграция посредством компьютерного моделирования.[8] Другие североамериканские проекты включают Центр моделирования биологических сетей в Калифорнийском технологическом институте, Национальный центр клеточного анализа и моделирования в Университете Коннектикута и Центр интегративных биомедицинских вычислений NIH в Университете Юты.

Приложения для исследований

Существует множество различных возможных приложений физиомики, каждое из которых требует различных вычислительных моделей или комбинированного использования нескольких различных моделей. Примеры таких приложений включают трехмерную модель для опухоль рост, моделирование формирование биологического паттерна, математическая модель формирования растяжки у людей, и алгоритмы прогнозирования роста вирусных инфекций среди насекомых-хозяев.[9][10][11][12]

Программное обеспечение для моделирования и симуляции

Совместным физиомическим исследованиям частично способствует открытая доступность программное обеспечение для биоинформатики такие как программы моделирования и среды моделирования. Есть много учреждений и исследовательских групп, которые делают свои программы общедоступными. Примеры общедоступного программного обеспечения включают:

  • JSim и Systems Biology Workbench - инструменты биоинформатики, предлагаемые Вашингтонским университетом.
  • BISEN - среда моделирования, предоставленная Медицинским колледжем Висконсина.
  • SimTK - набор ресурсов по биологическому моделированию, предоставленный Национальным центром биомедицинских вычислений NIH.
  • E-Cell System - среда моделирования и моделирования биологических систем, предлагаемая Университетом Кейо в Токио, Япония.

Подобные инструменты разрабатываются с использованием языков разметки, специфичных для исследований в области биоинформатики. Многие из этих языков разметки бесплатно доступны для использования при разработке программного обеспечения, например CellML, NeuroML и SBML.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Бейли, Дж. Э (1991). «К науке о метаболической инженерии». Наука. 252 (5013): 1668–1675. Дои:10.1126 / science.2047876. PMID  2047876.
  2. ^ Камат, Рави С .; Фрейзер, Эндрю Дж .; Донг, Ян; Пулин, Джино; Дурбин, Ричард; Надо, Моника; Канапин, Александр (2003). «Систематический функциональный анализ генома Caenorhabditis elegans с использованием РНКи». Природа. 421 (6920): 231–237. Дои:10.1038 / природа01278. HDL:10261/63159. PMID  12529635.
  3. ^ а б Варнер, Дж. Д. (2000). «Масштабное предсказание фенотипа: Концепция». Biotechnol. Bioeng. 69 (6): 664–678. Дои:10.1002 / 1097-0290 (20000920) 69: 6 <664 :: AID-BIT11> 3.0.CO; 2-H.
  4. ^ Сэнфорд, Карл; Сукай, Филипп; Уайтед, Грегг; Чотани, Гопал (2002). «Геномика к флюксомике и физиомике - разработка путей». Текущее мнение в микробиологии. 5 (3): 318–322. Дои:10.1016 / S1369-5274 (02) 00318-1.
  5. ^ Уэлч, Дж. Рики (2009). «Физиология, физиомика и биофизика: слова». Прогресс в биофизике и молекулярной биологии. 100 (1–3): 4–17. Дои:10.1016 / j.pbiomolbio.2009.08.001. PMID  19699228.
  6. ^ Kell, D.B .; Оливер, С.Г. (2004). «Вот доказательства, а теперь какова гипотеза? Дополнительные роли индуктивной науки и науки, основанной на гипотезах, в постгеномную эпоху». BioEssays. 26 (1): 99–105. Дои:10.1002 / bies.10385. PMID  14696046.
  7. ^ Хантер, П .; Борг, Т. (2003). «Интеграция белков в органы: проект Physiome». Обзоры природы Молекулярная клеточная биология. 4 (3): 237–243. Дои:10.1038 / nrm1054. PMID  12612642.
  8. ^ Bassingthwaighte, JB (2000). «Стратегии проекта Physiome». Анналы биомедицинской инженерии. 28 (8): 1043–1058. Дои:10.1114/1.1313771. ЧВК  3425440. PMID  11144666.
  9. ^ Х. Перфаль, Х. Бирн, Т. Чен, В. Эстрелла, Т. Аларкон, А. Лапин, Р.А. Гейтенби, Р.Дж. Гиллис, М. Ллойд, П. Майни, М. Ройсс, М.Р. Оуэн, многомасштабное трехмерное моделирование ангиогенеза и роста сосудистой опухоли, в, Micro and Nano Flow Systems Flow Systems for Bioanalysis, M.W. Collins and C.S. Konig (eds), Bioanalysis, 2,29-48 (2013)https://people.maths.ox.ac.uk/maini/PKM%20publications/358.pdf
  10. ^ А. Мадзвамузе, R.D.K. Томас, Т. Секимура, А.Дж. Уотен П.К. Майни, Метод конечных элементов с подвижной сеткой, применяемый к биологическим проблемам, Морфогенез и формирование паттернов в биологических системах: эксперименты и модели, Труды конференции Chubu 2002 (Т. Секимура, С. Ноджи, Н. Уэно и П.К. Майни, ред.), Springer-Verlag Tokyo, 59-65 (2003) https://people.maths.ox.ac.uk/maini/PKM%20publications/158.pdf
  11. ^ Gilmore, S.J .; Vaughan, Jr; Madzvamuse, A .; Майни, П. (2012). «Механохимическая модель striae distensae» (PDF). Математика. Biosci. 240 (2): 141–147. Дои:10.1016 / j.mbs.2012.06.007. PMID  22796062.
  12. ^ Уайт, S.M .; Burden, J.P .; Майни, П.К .; Привет, Р.С. (2012). «Моделирование роста вирусных инфекций у насекомых внутри хозяина» (PDF). J. Theor. Биол. 312: 34–43. Дои:10.1016 / j.jtbi.2012.07.022. PMID  22877574.

внешняя ссылка