生物网路的定量模拟方法研究-国立暨南国际大学.PDF

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生物网路的定量模拟方法研究-国立暨南国际大学

生物網路的定量模擬方法研究 蒲泰宏 俞旭昇 蔡劍霞 國立暨南國際大學 國立暨南國際大學 國家高速網路與計算中心 資訊管理研究所 資訊管理系 .tw ssyu@.tw jstsai@.tw 摘要 在基因體定序完成後,了解生命體內的運作與現象等重要工作即將肇始。生 命現象的複雜,並非肉眼可及,更遑論可以用一般的科學方法去觀察或解釋。在 系統生物學的機制下,透過dry-lab和 wet-lab的相互支援與配合,可以幫助我們 探究這瑰麗的寶藏。 本研究擬建構一套模擬系統,初探生命網路中元件間互動的現象。別於過往 的經驗,我們捨棄複雜的數學模型,透過網路的概念,去描述一個生命交互作用 的情況;更透過修正的 Petri net ,加入了物件導向技術的觀念,使整體模型的描 述更能貼近真實現象。 經由此項研究,可以幫助我們對於藥物發展以及病例研究有相當的幫助。在 許多實驗是無法藉由人體直接實驗或觀察,透過這樣的模擬系統,不僅可以節省 開發藥物的時間,更可以免除不必要的實驗風險。 目前本研究以醣酵解作用(glycolysis) 以及檸檬酸循環(TCA cycle)作為測試 標的,透過參考文獻修正系統的不足,期許能應用於更複雜的生物網路,如細胞 循環、訊號傳導或蛋白質交互作用網路等。 關鍵詞: 系統生物學、生化網路、Petri net 、物件導向。 生物網路的定量模擬方法研究 摘要 在基因體定序完成後,了解生命體內的運作與 真實的生命現象?這是一大難題。化學反應以化學 現象等重要工作即將肇始。生命現象的複雜,並非 方程式做定性描述,再轉換成數學模型進行定量。 肉眼可及,更遑論以一般的科學方法去觀察或解 代謝工程 (Metabolic Engineering)往往透過微分方程 釋。在系統生物學的機制下,透過 dry-lab和 wet-lab 組(ODEs)建模才能定量求解。但數學模型有其計算 的相互支援與配合,可以幫助我們探究這瑰麗的寶 上的複雜與延展性不佳之缺陷。從數學模型著手通 藏。 常有三個方法如表一: [15] 本研究擬建構一套模擬系統,初探生命網路中 元件間互動的現象。別於過往的經驗,我們捨棄複 表一 建模方法與挑戰 雜的數學模型,透過網路的概念,去描述一個生命 方法 挑戰 交互作用的情況;更透過修正的 Petri net ,加入了 無法準確描述現象 線性函數 物件導向技術的觀念,使整體模型的描述更能貼近 與穩定的震盪 真實現象。 片段如何分割 分段線性 經由此項研究,可以幫助我們對於藥物發展以 和段點的處理 及病例研究有相當的幫助。在許多實驗是無法藉由 單靠數據驗證 非線性現象 人體直接實驗或觀察,透過這樣的模擬系統,不僅

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