论文研究-基于Gillespie算法的生化随机Petri网演化分析.pdf

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Petri网既有严格的数学表达方式,又有直观的图形描述形式,是当前生物化学系统模拟和定性分析的一个有力工具。作为标准Petri网的一个重要扩展,随机Petri网使得可以定量地分析生物化学系统。建立了两个典型的生物化学系统的随机Petri网模型:Schlogl系统和转录调控系统,并使用Gillespie随机仿真算法模拟了这些生化随机Petri网模型的状态演化。
42013,49(20) Computer Engineering and Applications计算机工程与应用 400 120 l12 家300 H 1ORE M+l 上200上 200 100 -0.500.51.01.52.0 0.500.51.01.52.0-0.500.51.01.52.0 0.500.51.01.52.0 时间/s 时间s 时间 时间s (a)A分子数随时间的演化b)B分子数随时间的演化(c)分子数随时间的演化(d)F分子数随时问的演化 8 86420 -0.500.51.01.52.0 0.500.51.01.52.0 0.500.51.01.52.0 0.500.51.01.52.0 吋间 时间s 时间/s (e)EB分子数随时间的演化(f)EB分子数随时间的演化(g)En4分子数随时间的演化(h)EnA分子数随时间的演化 图2模拟一个随机Peⅶi树模型(转录调控系统)的演化 00100000 成成分的分布,可以影响到细胞的转录调控和信号传 00010000 递",还可以影响到细胞间的通信,等等。另一方面,多 01100000 00001000 种低浓度分子参与的生命过稈具有随机特性,可以说随机 01001000 的行为和噪声普遍存在细胞的生命活动过程中,采用随 00000100 0000000 机模型来分析生物化学系统的动力学会比传统的确定性 10010000 模型更准确。 00000010 因而,本文主要结合随机Peti网理论和 Gillespie算法 100000 0 0000000 研究生物化学系统的动力学。首先建立了两个典型生化 01000000 系统的随机Peri网模型: Schlogl系统和转录调控系统,随 0100000 后使用 Gillespie算法模拟了这些模型的状态演化。 01010000 00001000 01100000 参考文献: 00000100 l1 Proth J M. Petri nets M/International handbooks on infor- Post= 01001000 00000000 mation systems [S1.: Springer, 2006: 133-1 00000010 [2]林闯,杨宏坤,单,广 Petri网在生物信息学中的应用[计算 10010000 机学报,2007,30(11):1889-1900. 0000000 10000010 [3] Chaouiya C Petri net modelling of biological networks[JI 00000000 Briet bioin form. 2007.8. 21()-214 M=(10,10,100,100,10,10,10,10 14 Ding DW, Li L.N. Modeling and analyzing the metabolism kP,C)-(1×E,C2× ER,C3XEX B,CxF,B, of riboflavin production using Petri nets[J]Journal of Bio Cs× E,BXB,C6×EAB2,C×A,C8×EB×xA I Systems,2009,17:479490. C×E1,C10×EB4×A,C1×Eg2,c [5]丁德武,黄海生,吴璞,等 Petri网在代谢网络模块化分析中的 c=(5,15,5×10-4,2,1×10-3, 应用[J计算机T程与应用,2010,46(33):218-220 6.5.5×10,2,1×10,6,5) L6]. M B, L.evine A Siggia E D,et al. Stochastic gene expression in a single cell[].Science, 2002, 297: 1183-1186 随后,使用 Gillespie随机仿真算法模拟了上述转录调 [7 Shahrezaei V, Swain P S The stochastic nature of biochemi 控系统随机Peti网模型的演化,系统内各物质数量随吋间 cal networks[J]. Current Opinion in Biotechnology, 2008, 19 的演化如图2所示 [8] Sinitsyn N A, Hcngartncr N, Nemenman I Adiabatic coarse 结束语 graining and simulations of stochastic biochemical nctworks[JI 方面随机的行为和噪声在细胞的生命活动过程屮 PNAS,2009,106:10546-10551 起着关键的作用。例如:噪声可以影响到细胞中各种组 (下转90页)

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