Modelleerimis- ja simulatsioonivahend DNA ahelate ümberpaigutussüsteemidele
Nimi
Shiting Long
Kokkuvõte
DNA on pärilik materjal peaaegu kõikides organismides, ning selle monomeeride ahel on efektiivne bioloogilise informatsiooni kandja. Kuigi DNA on enamasti tuntud oma bioloogiliste funktsioonide poolest, siis selle unikaalsed omadused on motiveerinud teadlasi disainima ning tootma DNA komplekse tehnoloogilistel eesmärkidel. Seda uurimisvaldkonda kutsutakse DNA nanotehnoloogiaks ning peamiselt püütakse seal konstrueerida suvalisi biomolekulaarseid struktuure kasutades DNA molekule ehituskividena.
DNA nanotehnoloogia keskendus algul programmeeritavatele staatilistele struktuuridele, kuid on järgnevalt pakkunud inspiratsiooni mitmete dünaamiliste omadustega süsteemide disainile, nagu loogikalülitused ning katalüütilised süsteemid. Sellist dünaamilist lähenemist DNA nanotehnoloogias võimaldab DNA ahelate ümberpaigutamise (DSD - ingl. DNA Strand Displacement) mehhanism. DSD süsteemi disain tähendab soovitud järjestikuseid reaktsioone läbi viia suutvate algliikide hoolikat koostamist. Käsitsi on seda tööd aga raske teostada, kuna suuremat sorti DSD süsteemi täielikku reaktsioonivõrku võib olla raske hoomata.
Selles töös uurime me DSD süsteemide modelleerimise küsimust, kombinatoorselt loetledes kogu algolekust saavutatavate molekulaarsete kompleksite ruumi, ning edastades saadud reaktsioonivõrgu simulatsioonitarkvarale. Me esitame reaktsioonivõrkude genereerimiseks ning simuleerimiseks reeglipõhise modelleerimise tööahela RuleDSD. RuleDSD on teostatud tarkvarapaketina DSDPy, mis on töövahend DSD süsteemi kirjeldusest automaatselt täieliku reaktsioonivõrgu genereerimiseks. See on integreeruv PySB raamistikuga, mis võimaldab teostada edasisi simulatsioone BioNetGen tarkvara abil. DSDPy abil genereeritud reaktsioonivõrgud näitavad, et see on sobilik mitmesuguste DSD süsteemide modelleerimiseks.
DNA nanotehnoloogia keskendus algul programmeeritavatele staatilistele struktuuridele, kuid on järgnevalt pakkunud inspiratsiooni mitmete dünaamiliste omadustega süsteemide disainile, nagu loogikalülitused ning katalüütilised süsteemid. Sellist dünaamilist lähenemist DNA nanotehnoloogias võimaldab DNA ahelate ümberpaigutamise (DSD - ingl. DNA Strand Displacement) mehhanism. DSD süsteemi disain tähendab soovitud järjestikuseid reaktsioone läbi viia suutvate algliikide hoolikat koostamist. Käsitsi on seda tööd aga raske teostada, kuna suuremat sorti DSD süsteemi täielikku reaktsioonivõrku võib olla raske hoomata.
Selles töös uurime me DSD süsteemide modelleerimise küsimust, kombinatoorselt loetledes kogu algolekust saavutatavate molekulaarsete kompleksite ruumi, ning edastades saadud reaktsioonivõrgu simulatsioonitarkvarale. Me esitame reaktsioonivõrkude genereerimiseks ning simuleerimiseks reeglipõhise modelleerimise tööahela RuleDSD. RuleDSD on teostatud tarkvarapaketina DSDPy, mis on töövahend DSD süsteemi kirjeldusest automaatselt täieliku reaktsioonivõrgu genereerimiseks. See on integreeruv PySB raamistikuga, mis võimaldab teostada edasisi simulatsioone BioNetGen tarkvara abil. DSDPy abil genereeritud reaktsioonivõrgud näitavad, et see on sobilik mitmesuguste DSD süsteemide modelleerimiseks.
Lõputöö keel
inglise
Lõputöö tüüp
Magister - Informaatika
Juhendaja(d)
Prof. Pekka Orponen, Prof. Vitaly Skachek, Dr. Vinay Gautam
Kaitsmise aasta
2020