Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.
Семинар по вопросам создания       Лаборатории синтетической биологии    Московского физико-технического института        ...
Иерархические уровни абстракциипри проектировании биологических систем    Семинар по вопросам создания Лаборатории синтети...
Классификация программных средств              синтетической биологии• Интегрированные программные средства синтеза ДНК и ...
Интегрированные программные средства           синтеза ДНК и РНК элементов   Современное ПО поддерживает весь необходимый ...
Системы автоматизированного        проектирования биологических систем    В основе САПР функциональных биологических систе...
Системы моделирования и оптимизации        регуляторных генетических цепочек   Аналогично задачам электротехники, при испо...
Системы проектирования и оптимизации         структуры белковых макромолекул    Успех синтетической биологии во многом обу...
Системы управления потоками работ               в синтетической биологии   Система управления потоками работ в области син...
Интегрированные системы           управления лабораторными данными   Система управления лабораторными данными представляет...
SynBio Tool Landscape                  Computation/Simulation Tools                                Tinkercell (UW)Viz-a-Br...
Clotho Design Environment                            Clotho Stats:                            ~130 Files,                 ...
Flow 1: New Part Creation    Un-associated data (e.g. new idea) Associated data (e.g. part of                             ...
Flow 2: Composite Part                                                     Clotho Parts Manager                           ...
Flow 3: Physical Part         Assembly Flow                                          Clotho Parts ManagerData             ...
Семинар по вопросам создания       Лаборатории синтетической биологии    Московского физико-технического института        ...
Программные средства синтетической биологии для автоматизированного проектирования функциональных живых систем
Upcoming SlideShare
Loading in …5
×

Программные средства синтетической биологии для автоматизированного проектирования функциональных живых систем

2,499 views

Published on

Программные средства синтетической биологии для автоматизированного проектирования функциональных живых систем.
Семинар по вопросам создания
Лаборатории синтетической биологии
Московского физико-технического института

  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

Программные средства синтетической биологии для автоматизированного проектирования функциональных живых систем

  1. 1. Семинар по вопросам создания Лаборатории синтетической биологии Московского физико-технического института ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА СИНТЕТИЧЕСКОЙ БИОЛОГИИДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЖИВЫХ СИСТЕМ Алёхин Максим Дмитриевич maksim.alekhin@gmail.com
  2. 2. Иерархические уровни абстракциипри проектировании биологических систем Семинар по вопросам создания Лаборатории синтетической биологии в МФТИ, 2012
  3. 3. Классификация программных средств синтетической биологии• Интегрированные программные средства синтеза ДНК и РНК• Системы автоматизированного проектированиябиологических систем• Системы моделирования и оптимизациирегуляторных генетических цепочек• Системы проектирования и оптимизацииструктуры белковых макромолекул• Системы управления потоками работв синтетической биологии• Интегрированные системы управления лабораторными данными Семинар по вопросам создания Лаборатории синтетической биологии в МФТИ, 2012
  4. 4. Интегрированные программные средства синтеза ДНК и РНК элементов Современное ПО поддерживает весь необходимый инструментарийдля обеспечения цикла проектирования синтетических ДНК и РНКэлементов, включая алгоритмы in silico клонирования, кодоноптимизации, обратной трансляции и создания необходимыхпраймеров. В основе эффективной работы таких систем лежит гибкийпользовательский drag-and-drop интерфейс для перемещенияпоследовательностей нуклеотидов между функциональнымиконструкциями и база данных со свойствами элементов. Результатомработы является генерация списка необходимых олигонуклеотидов, ипротокол ассемблирования последовательностей при проведении ПЦР.• Gene Designer DNA 2.0 (https://www.dna20.com/tools/genedesigner.php)• GeneDesign (http://genedesign.thruhere.net/gd/)• mFold (http://mfold.rit.albany.edu/?q=mfold/download-mfold)• DINAMelt (http://mfold.rit.albany.edu/?q=DINAMelt/software)• Vienna RNA Package (http://rna.tbi.univie.ac.at/)• Zinc Finger Tools (http://www.scripps.edu/mb/zfdesignhome.php) Семинар по вопросам создания Лаборатории синтетической биологии в МФТИ, 2012
  5. 5. Системы автоматизированного проектирования биологических систем В основе САПР функциональных биологических систем лежитиспользование кусочно-афинных функций и алгоритмов линейновременной логики. Процесс проектирования функциональныхрегуляторных генетических цепочек в этом случае осуществляется наразличных иерархических уровнях с использованием формальныхспецификаций и единого набор правил. В таких системах разработчикудоступна работа, как с элементами мощного графическогопользовательского интерфейса, так и непосредственно черезкомандную строку. Существует возможность добавлять собственныепрограммные модули и функции на C подобных языкахпрограммирования. • Eugene (http://www.eugenecad.org/) • BioJade (http://web.mit.edu/jagoler/www/biojade/) • TinkerCell (http://www.tinkercell.com/Home) • GenoCAD (http://www.genocad.org/) • GEC (http://research.microsoft.com/en-us/projects/gec/) Семинар по вопросам создания Лаборатории синтетической биологии в МФТИ, 2012
  6. 6. Системы моделирования и оптимизации регуляторных генетических цепочек Аналогично задачам электротехники, при использовании концепцииСАПР создание новых функциональных элементов осуществляетсяпутем соединения отдельных блоков в соответствии с передачейуправляющих сигналов. При этом на этапе моделирования иоптимизации реализуются два подхода. При количественном подходеиспользуется математический аппарат дифференциальных уравнений.Качественное описание системы осуществляется с помощьюпоследовательности логических операторов. Впоследствииисполняемый код может быть экспортирован в программную среду,поддерживающую универсальный SBML формат данных длядальнейших детерминистических и стохастических симуляций.• ProMoT (http://www.mpi-magdeburg.mpg.de/projects/promot)• RoVerGeNe (http://iasi.bu.edu/~batt/rovergene/rovergene.htm)• GeNetDes (http://soft.synth-bio.org/genetdes.html)• Hy3S (http://hysss.sourceforge.net/index.shtml)• PCEnv (http://www.cellml.org/tools/opencell)• SimBio ToolBox (http://www.mathworks.com/products/simbiology/) Семинар по вопросам создания Лаборатории синтетической биологии в МФТИ, 2012 6
  7. 7. Системы проектирования и оптимизации структуры белковых макромолекул Успех синтетической биологии во многом обусловлен прогрессом всоздании эффективных средств проектирования белковыхмакромолекул. Используя специализированное программноеобеспечение, становится возможным создание экспериментальныхбиологических образцов с валидированными свойствами,заложенными на этапе моделирования физической структуры этихфункциональных систем с учетом механизмов молекулярнойдинамики. Также в большинстве программных сред доступныэвристические алгоритмы, использующие итеративные процедурыподбора лучших аминокислот и их конформаций для оптимизацииструктуры белковых макромолекул. • RAPTOR (http://www.bioinformaticssolutions.com/raptor.php)• HHpred (http://toolkit.tuebingen.mpg.de/hhpred)• Rosetta (http://www.rosettacommons.org/)• Modeler (http://salilab.org/modeller/)• PFP (http://kiharalab.org/web/pfp.php)• AutoDock (http://autodock.scripps.edu/)• PROTDES (http://soft.synth-bio.org/protdes.html) Семинар по вопросам создания Лаборатории синтетической биологии в МФТИ, 2012
  8. 8. Системы управления потоками работ в синтетической биологии Система управления потоками работ в области синтетическойбиологии включают интегрированную среду разработки и системуконтроля версий. В такой программной среде доступны функцииредактирования нуклеотидных последовательностей регуляторныхгенетических цепочек, составление протокола ПЦР, подборнеобходимых ферментов для получения белков, оптимизация выходаконечного продукта. Внедрение такой информационной системыпозволяет объединить стандартизированные отчеты биологическихэкспериментов со стеками исполняемых программ среды разработкидля синтеза опытных образцов функциональных биологических системна платформе лабораторного робота-манипулятора.• SynBioSS (http://synbioss.sourceforge.net/)• Clotho (http://www.clothocad.org/)• Biskit (http://biskit.pasteur.fr/)• BioStudio (http://search.cpan.org/BioGeneDesign/) Семинар по вопросам создания Лаборатории синтетической биологии в МФТИ, 2012
  9. 9. Интегрированные системы управления лабораторными данными Система управления лабораторными данными представляет собойпортируемый интернет реестр, дающий возможность специалистам вобласти синтетической биологии эффективно создавать новые ииспользовать уже существующие функциональные элементы вуниверсальном формате BioBricks. Типовой сервер базы данныхзагружается как виртуальная машина, координирующая работуотдельной лаборатории или института. Интегрированная системауправления лабораторными данными способствует созданию среды длясовместной удаленной разработки новых функциональныхбиологических систем и развитию инфраструктуры для дальнейшегоразвития синтетической биологии.• BioMortar (http://igem.uwaterloo.ca/BioMortar)• BrickIt (http://sourceforge.net/apps/brickit/index.php) Семинар по вопросам создания Лаборатории синтетической биологии в МФТИ, 2012
  10. 10. SynBio Tool Landscape Computation/Simulation Tools Tinkercell (UW)Viz-a-Brick BioJADE (UCB)(Davidson-Missouri Western) BioMortar (Waterloo) Gene Designer (DNA 2.0) APE (Utah) BioStudioParts Registry (MIT) GenoCAD (VTech) (Johns Hopkins) Data Management Tools Design/Analysis Tools
  11. 11. Clotho Design Environment Clotho Stats: ~130 Files, Java 6, Net Beans IDE
  12. 12. Flow 1: New Part Creation Un-associated data (e.g. new idea) Associated data (e.g. part of Creation Path family/collection) Data Part View and Data Manipulation Mapping Source Manipulation and Design Storage Path Flow Implementation Clotho Parts Manager Clotho Sequence View PoBoL Inspired Internal DataMIT Registry of Standard Structure •Organized by “Collections”Biological Parts •Hierarchy Based •BioBrick •DNA •Sequence Manipulation •Samples •Data Analysis •ORF •Feature/Enzyme Highlighting •Translation, Reverse Comp. •Part Export/Package Relational Database (e.g. mySQL) Clotho Binding Manager
  13. 13. Flow 2: Composite Part Clotho Parts Manager Creation Collection Data Display Mapping Part View Source Plug-In Specific Part Part Composition Manipulation Plug-In Flow Implementation EcoRI BglII BamHI Xhol Biobrick GAATTCatgAGATCT-Part-GGATCCatgCTCGAG DNA Primer Samples Design Hierarchy ChangesClotho Plug-In Framework
  14. 14. Flow 3: Physical Part Assembly Flow Clotho Parts ManagerData Collection of Part Algorithm Mapping TheoreticalSource Parts Viewer(s) Environment Flow Implementation Clotho Plate Manager Clotho Algorithm Manager
  15. 15. Семинар по вопросам создания Лаборатории синтетической биологии Московского физико-технического института ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА СИНТЕТИЧЕСКОЙ БИОЛОГИИДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЖИВЫХ СИСТЕМ СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!

×