[論文レビュー] SBML Qualitative Models: a model representation format and infrastructure to foster interactions between qualitative modelling formalisms and tools

Claudine Chaouiya, Duncan Bérenguier+22 more|arXiv (Cornell University)|Sep 7, 2013

Gene Regulatory Network Analysis参考文献 76被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、システム生物学における定性的モデルの標準的表現と交換を可能にする、SBML Level 3 標準の拡張版である SBML Qualitative Models (SBML qual) を紹介する。3つの独立したツール間での相互運用性を可能にすることで、定量的データが不要な状態でも、遺伝子調節ネットワークやシグナル伝達ネットワークの解析およびアルゴリズム開発の共同作業を促進する。これにより、さまざまな定性的モデリング形式の統合が促進される。

ABSTRACT

Background: Qualitative frameworks, especially those based on the logical discrete formalism, are increasingly used to model regulatory and signalling networks. A major advantage of these frameworks is that they do not require precise quantitative data, and that they are well-suited for studies of large networks. While numerous groups have developed specific computational tools that provide original methods to analyse qualitative models, a standard format to exchange qualitative models has been missing. Results: We present the System Biology Markup Language (SBML) Qualitative Models Package ("qual"), an extension of the SBML Level 3 standard designed for computer representation of qualitative models of biological networks. We demonstrate the interoperability of models via SBML qual through the analysis of a specific signalling network by three independent software tools. Furthermore, the cooperative development of the SBML qual format paved the way for the development of LogicalModel, an open-source model library, which will facilitate the adoption of the format as well as the collaborative development of algorithms to analyze qualitative models. Conclusion: SBML qual allows the exchange of qualitative models among a number of complementary software tools. SBML qual has the potential to promote collaborative work on the development of novel computational approaches, as well as on the specification and the analysis of comprehensive qualitative models of regulatory and signalling networks.

研究の動機と目的

• システム生物学における定性的モデルの交換のための標準フォーマットが不足しているという問題に対処すること。
• 多様な定性的モデリングツールや形式間でのシームレスな相互運用性を実現すること。
• 生物ネットワークの定性的モデルを分析するためのアルゴリズムの共同開発を支援すること。
• 再利用と統合を促進する共通のインfra構造を確立すること。

提案手法

• SBML Level 3 の拡張として、SBML qual 拡張の設計と規定を行うこと。
• 論理的離散形式に基づいた、機械可読かつ人間可読なモデル表現形式を定義すること。
• 種、反応、ルール、および定性的な速度則といった主要機能をサポートする形式を実装すること。
• 3つの独立したソフトウェアツールを用いたモデル交換および解析を通じて、形式の妥当性を検証すること。
• 採用促進とアルゴリズム開発を支援するためのオープンソースライブラリである LogicalModel の構築。
• 広範なコミュニティ参加と長期的な保守性を確保するための協働開発プロセスの採用。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 異なるモデリングツールや形式間での定性的モデルの交換を可能にする標準フォーマットを、どのように設計できるか？
• RQ2 このような標準の広範な採用と長期的持続可能性を確保するために、どのような技術的および組織的メカニズムが必要か？
• RQ3 共通のモデル表現形式を用いることで、独立したツール間での相互運用性を達成できるか？
• RQ4 この標準は、定性的モデル解析のための新規アルゴリズムの共同開発をどの程度促進できるか？
• RQ5 定量的データが不要な状態でも、標準が大規模な遺伝子調節ネットワークやシグナル伝達ネットワークの仕様記述と解析をどの程度支援できるか？

主な発見

• SBML qual は、3つの独立したソフトウェアツール間で特定のシグナル伝達ネットワークの交換と解析に成功し、ツール間相互運用性を実証した。
• このフォーマットは、正確な速度定数を必要としない論理的離散形式に基づいた定性的モデルの表現をサポートしている。
• 協働開発プロセスにより、コミュニティの採用とアルゴリズム開発を促進するオープンソースライブラリである LogicalModel が開発された。
• この標準は、多様な定性的モデリングアプローチの統合を促進し、研究グループ間の協力を強化する。
• このフレームワークは、定量的データが欠如している状態でも、大規模な遺伝子調節ネットワークやシグナル伝達ネットワークの解析を可能にする。
• SBML qual の採用は、システム生物学における新規計算手法の開発を加速する可能性を秘めている。