| Περίληψη |
Κάθε οργανισμός αποτελείται από κύτταρα. Τα κύτταρα είναι πολύπλοκα, βιολογικά συστήματα των οποίων η ύπαρξη και η ανάπτυξη εξαρτάται από χιλιάδες αλληλεπιδράσεις μεταξύ των μορίων του κυττάρου (πχ γονίδια, πρωτείνες, χημικά συστατικά κτλ). Αυτές οι αλληλεπιδράσεις συνήθως μοντελοποιούνται με τη βοήθεια γράφων, όπου οι κόμβοι αναπαριστούν τα μόρια ενώ οι ακμές τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των μορίων. Μέχρι σήμερα έχουν μελετηθεί λεπτομερώς τουλάχιστον τέσσερα διαφορετικά είδη βιολογικών δικτύων: τα gene-regulatory networks, τα protein-protein interaction networks, τα signal transduction networks και τα metabolic interaction networks.
Η παρούσα εργασία επικεντρώνεται στην ανάλυση και οπτικοποίηση των metabolic networks. Τα metabolic networks αναπαριστούν το σύνολο των αντιδράσεων που λαμβάνουν χώρα σε ένα κύτταρο με σκοπό την διατήρηση της ζωής. Οι βιο-χημικές αντιδράσεις παράγουν ένα σύνολο με ένα ή περισσότερα προϊόντα από ένα σύνολο με ένα ή περισσοτερα αντιδρώντα. Η αναπαράσταση των metabolic networks με την χρήση γράφων, συχνά επιφέρει διάφορα προβλήματα. Για παράδειγμα, σε μία αντίδραση αντιμετωπίζοντας κάθε μεταβολίτη ξεχωριστά, οι εξαρτήσεις μεταξύ των μεταβολιτών χάνονται. Καθώς μία αντίδραση μπορεί να έχει ένα ή περισσοτερα αντιδρώντα ή/και ένα ή περισσότερα πρϊόντα, η ακμή που αναπαριστά την αντίδραση είναι στην πραγματικότητα μία υπερ-ακμή και το metabolic network ένας υπερ-γράφος. Ένας υπερ-γράφος είναι μια γενίκευση ενός απλού γράφου, όπου μία υπερ-ακμή μπορεί να συνδέει έναν ή περισσότερους κόμβους.
Δυστυχώς η ανάλυση και οπτικοποίηση των metabolic networks με την χρήση υπερ-γράφων δεν είναι απλή διαδικασία. Η δυσκολία οφείλεται στην πολυπλοκότητα και στις ιδιαιτερότητες των δικτύων αυτών καθώς επίσης και στην περιορισμένη βιβλιογραφία αναφορικά με την οπτικοποίηση υπερ-γράφων. Για την εξέταση του προτεινόμενου μοντέλου, αναπτύχθηκε ένα εργαλείο,το VisBolic, το οποίο αναλύει και οπτικοποιεί τα metabolic networks ενώ επιτρέπει την εκτέλεση προκαθορισμένων επερωτήσεων στην βάση. Τα δεδομένα προέρχονται από την βάση δεδομένων του KEGG, και βρίσκονται αποθηκευμένα σε flat αρχεία. Τα δεδομένα αυτά, αφού υπέστησαν μία αρχική επεξεργασία, στη συνέχεια αποθηκεύτηκαν σε μία σχεσιακή βάση δεδομένων, καθιστώντας εφικτή την ανάλυσή τους με υπολογιστή.
|
Analysis and Visualization of Metabolic Networks: A Hypergraph Approach
