Transcript Slide 1

BioUML
интегрированная
расширяемая среда для
моделирования
биологических систем
Biosoft.Ru
Лабоработория Биоинформатики КТИ ВТ СО РАН
http://www.biosoft.ru
Организм
Органы
Ткани
Клетки
Метаболические пути
Химически
вещества
(~10 000)
Генные сети
Белки
и их комплексы
(~ 100 000)
Гены
(~40 000)
Базы данных
(более 500 баз данных, общий объем сотни гигабайт)
Актуальность задачи
С завершением расшифровки многих геномов,
включая геном человека, исследователи
переходят к следующей стадии изучения, как
работают живые (биологические) системы.
Для этого необходимо интегрированные
компьютерные системы, позволяющие
решать широкий круг задач, включая:
• поиск информации в базах данных
• построение формализованных описаний
биологических систем
• построение моделей
• расчет моделей.
Организм
Органы
Ткани
Клетки
Метаболические пути
Химически
вещества
(~10 000)
Генные сети
Белки
и их комплексы
(~ 100 000)
Гены
(~40 000)
Базы данных
(более 500 баз данных, общий объем сотни гигабайт)
BioUML
BioUML - Biological Unified Modeling Language –
это интегрированная расширяемая среда для
визуального моделирования биологических
систем.
Интегрированный редактор диаграмм
Универсальная система
поиска информации по
базам данных
Система поиска и визуализации
взаимодействующих компонентов систем
Система визуального моделирования
BioUML modeler
Пример автоматически сгенерированной программы на языке MATLAB
для численного моделирования и графического представления
результатов.
%constants declaration
global k_1 k_2 k_3 k_E0 k_Km v_blood v_liver
k_1 = 0.1
k_2 = 0.05
k_3 = 0.01
k_E0 = 1.0
k_Km = 0.1
v_blood = 100.0
v_liver = 100.0
%Model variables and their initial values
y = []
y(1) = 100.0
% y(1) - $blood.A
y(2) = 0.0
% y(2) - $liver.A
y(3) = 0.0
% y(3) - $liver.B
y(4) = 1.0
% y(4) - $liver.E
%numeric equation solving
[t,y] = ode23('pharmo_simple_dy',[0 200],y)
%plot the solver output
plot(t, y(:,1),'-',t, y(:,2),'-',t, y(:,3),'-',t, y(:,4),'-')
title ('Solving pharmo_simple problem')
ylabel ('y(t)')
xlabel ('x(t)')
legend('$blood.A','$liver.A','$liver.B','$liver.E');
BioUML modeler
Function to calculate dy/dt for the model.
function dy = pharmo_simple_dy(t, y)
% Calculates dy/dt for 'pharmo_simple' model.
%constants declaration
global k_1 k_2 k_3 k_E0 k_Km v_blood v_liver
% calculates dy/dt for 'pharmo_simple' model
dy = [ -k_1*y(1)+k_2*y(2)
-k_3*k_E0*y(2)/(k_Km+y(2)/v_liver)-k_2*y(2)+k_1*y(1)
k_3*k_E0*y(2)/(k_Km+y(2)/v_liver)
0]
BioUML: обзор архитектуры
Database search engine
Formalized description and graphic
notation for biological pathways
Database module
Data types
Database
- compartment
- cell
- molecule
- gene
- RNA
- protein
- reaction
- relation
Module type (Database adapter)
- data types
- data types meta information
- transformers
- graph query system
Meta model
kernel:DataElement
title:String
view:View
role:Role
Role
- pathway
- pathway simulation
- generalized pathway
Diagram type (Diagram adapter)
Node
DiagramElement
Diagram types
Compartment
location:Point
image:Image
n
nodes:Node[]
edges:Edge[]
- diagram view builder
- diagram semantic controller
n
Edge
Diagram
in:Node
out:Node
type:DiagramType
Diagram
viewer/editor
Graph layout &
search engine
diagramElement
Dynamics model
Equation
Modeling tools
Variable
MATLAB
ExecutableModel
n
variable:Variable
equation:String
initilaValue:double
Constant
value:double
n
variables:Variable[]
constants:Constant[]
XML
MatlabODEModel
generateModel():File[]
XSLT
HTML
publisher
Meta model
Meta model
Мета модель
обеспечивает
абстрактный уровень
для описания
структуры
биологической
системы как
кластеризованного
графа и описания
математической
модели системы.
Node
DiagramElement
kernel:DataElement
title:String
view:View
role:Role
Role
Compartment
location:Point
image:Image
n
nodes:Node[]
edges:Edge[]
n
Edge
Diagram
in:Node
out:Node
type:DiagramType
diagramElement
Dynamics model
Equation
Variable
ExecutableModel
n
variable:Variable
equation:String
initilaValue:double
Constant
value:double
n
variables:Variable[]
constants:Constant[]
MatlabODEModel
generateModel():File[]
Architecture overview
Database search engine
Formalized description and graphic
notation for biological pathways
Database module
Data types
Database
- compartment
- cell
- molecule
- gene
- RNA
- protein
- reaction
- relation
Module type (Database adapter)
- data types
- data types meta information
- transformers
- graph query system
Meta model
kernel:DataElement
title:String
view:View
role:Role
Role
- pathway
- pathway simulation
- generalized pathway
Diagram type (Diagram adapter)
Node
DiagramElement
Diagram types
Compartment
location:Point
image:Image
n
nodes:Node[]
edges:Edge[]
- diagram view builder
- diagram semantic controller
n
Edge
Diagram
in:Node
out:Node
type:DiagramType
Diagram
viewer/editor
Graph layout &
search engine
diagramElement
Dynamics model
Equation
Modeling tools
Variable
MATLAB
ExecutableModel
n
variable:Variable
equation:String
initilaValue:double
Constant
value:double
n
variables:Variable[]
constants:Constant[]
XML
MatlabODEModel
generateModel():File[]
XSLT
HTML
publisher
Основные достоинства
BioUML
Интегрированное решение
BioUML полностью обеспечивает
процесс визуального построения
модели и ее расчета, начиная с поиска
информации в базах данных и
заканчивая автоматической генерацией
выполняемой модели.
Основные достоинства
BioUML
Расширяемое решение
1) Возможность добавлять новые типы
диаграмм и новые типы данных, причем для
других типов систем, отличных от
биологических.
2) Возможность подключать различные базы
данных по биологии в виде отдельных
модулей.
3) Возможность добавлять программные
модули для анализа и моделирования.
Основные достоинства
BioUML
Открытое решение
Система BioUML и ее исходные тексты
свободно доступны (GNU LGPL
license).
http://www.biosoft.ru/biouml.net/