BioUML интегрированная расширяемая среда для моделирования биологических систем Biosoft.Ru Лабоработория Биоинформатики КТИ ВТ СО РАН

Организм Органы Ткани Клетки Метаболические путиГенные сети Химически вещества (~10 000) Белки и их комплексы (~ ) 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 путиГенные сети Химически вещества (~10 000) Белки и их комплексы (~ ) 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 %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 = v_liver = %Model variables and their initial values y = [] y(1) = % 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'); Пример автоматически сгенерированной программы на языке MATLAB для численного моделирования и графического представления результатов.

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

Meta model Мета модель обеспечивает абстрактный уровень для описания структуры биологической системы как кластеризованного графа и описания математической модели системы. DiagramElement kernel:DataElement title:String view:View role:Role Node location:Point image:Image Edge in:Node out:Node Compartment nodes:Node[] edges:Edge[] Diagram type:DiagramType Role diagramElement Constant value:double Variable initilaValue:double Equation variable:Variable equation:String ExecutableModel variables:Variable[] constants:Constant[] MatlabODEModel generateModel():File[] Meta model Dynamics model n n n n

Architecture overview

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). Основные достоинства BioUML