人类可解释的语法编码多细胞系统生物学模型以实现虚拟细胞实验室的民主化
Jeanette A I Johnson1, Daniel R Bergman2, Heber L Rocha3
1Department of Oncology, Sidney Kimmel Comprehensive Cancer Center, Johns Hopkins University, Baltimore, MD, USA; Convergence Institute, Johns Hopkins University, Baltimore, MD, USA; Institute for Genome Sciences, University of Maryland School of Medicine, Baltimore, MD, USA; Marlene & Stuart Greenbaum Comprehensive Cancer Center, University of Maryland School of Medicine, Baltimore, MD, USA.
从自然语言规则构建数学模型. 这一框架整合了生物知识和多态数据,用于预测细胞生态系统的演变.
科学领域:
- 系统生物学
- 计算生物学
- 生物信息学
背景情况:
- 细胞是充满活力的生态系统.
- 单细胞和空间多组技术提供详细的蜂数据.
- 预测细胞进化需要强大的数学建模方法.
研究的目的:
- 提出一个新的概念框架,细胞行为假设语法,用于创建细胞系统的数学模型.
- 能够系统地整合生物知识和多态数据进行模型.
- 促进虚拟"思想实验"以了解多细胞动态和产生假设.
主要方法:
- 使用自然语言语句 (细胞规则) 开发细胞行为假设语法.
- 创建一个语法参考实现.
- 应用语法来开发新的机械模型和基于多种数据的模型.
主要成果:
- 演示语法在开发机械模型中的实用性.
- 在模拟与癌症相关的生物过程中的成功应用.
- 在模拟大脑发育中的更广泛适用性的示例.
结论:
- 细胞行为假设语法跨越了生物,临床和系统生物学研究.
- 能够进行可扩展的数学建模来预测新兴的多细胞行为.
- 促进在多细胞系统研究中产生新的可测试假设.
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