English
!

Архив публикаций

Тезисы

XXII-ая конференция

Автоматическая реконструкция метаболических путей бактериальных систем и их математическое моделирование

Ермак Т.В., Акбердин И.Р., Хлебодарова Т.М., Лихошвай В.А.1

Институт цитологии и генетики СО РАН, Новосибирск, Россия, timofei.ermak@live.com

1Новосибирский Государственный Университет, Новосибирск, Россия

1  стр. (принято к публикации)

Мотивация и цель: Escherichia coli является одним из наиболее исследованных организмов относительно структурно-функциональной организации генома и механизмов фундаментальных клеточных процессов. Однако до сих пор для данного организма не разработана динамическая модель полного метаболизма с учетом молекулярно-генетического уровня регуляции, так как для этого требуются точные знания о механизмах ферментативных реакций и процессов генетической регуляции, данные о которых, несмотря на множественные исследования, не обладают необходимой полнотой. Такая модель могла бы не только способствовать в решении фундаментальных проблем в области исследования бактериальных метаболических систем, но имела бы широкое применение в более практических сферах для создания штаммов-суперпродуцентов в фарминдустрии, агропромышленности, при производстве биотоплива и т.д. В настоящее время задача разработки модели полного метаболизма E.coli является одной из ключевых сверхпроблем системной биологии, в рамках которой необходимо разработать ряд новых и усовершенствовать существующие теоретические и экспериментально-теоретические подходы. В частности, ощущается острый недостаток в наличии мощных, высокопроизводительных методов интеграции разнородных данных о метаболитах, ферментативных реакциях, представленных в публичных базах данных, таких как KEGG, Brenda, EcoCyc, BioModels, MGSModelsDB, KiNET, Sabio-RK и т.д.

Результаты: В рамках данной работы разработаны методы и алгоритмы для интеграции гетерогенных данных, описывающих функционирование метаболических путей E. coli, в единую компьютерную систему. Также в систему интегрированы модули, позволяющие производить автоматическую сборку или генерацию динамической математической модели выбранного участка метаболической сети, что позволяет существенно сократить временные и трудозатраты на создание модели. Тестирование предложенной системы проводили на метаболических путях биосинтеза ароматических аминокислот и нуклеотидов.

Методы и Алгоритмы: В качестве хранилища данных используется графовая СУБД Neo4j. Формат хранения данных в виде графа является более естественным, поскольку структура данных, описывающая взаимодействие фермента, субстрата и продукта биохимической реакции, представляет ничто иное, как граф. Кроме того, что немаловажно, использование графовой СУБД дает прирост производительности при использовании алгоритмов анализа графа, таких как поиск кратчайшего пути между вершинами.



© 2004 Дизайн Лицея Информационных технологий №1533