Ανάλυση και οπτικοποίηση μεταβολικών δικτύων : Μια προσέγγιση με υπεργράφους

 
Το τεκμήριο παρέχεται από τον φορέα :
Πανεπιστήμιο Κρήτης
Αποθετήριο :
E-Locus Ιδρυματικό Καταθετήριο
δείτε την πρωτότυπη σελίδα τεκμηρίου
στον ιστότοπο του αποθετηρίου του φορέα για περισσότερες πληροφορίες και για να δείτε όλα τα ψηφιακά αρχεία του τεκμηρίου*
κοινοποιήστε το τεκμήριο



Analysis and Visualization of Metabolic Networks: A Hypergraph Approach
Ανάλυση και οπτικοποίηση μεταβολικών δικτύων : Μια προσέγγιση με υπεργράφους

Μανιαδή, Ευαγγελία Μηνάς

Τόλλης, Ιωάννης

Κάθε οργανισμός αποτελείται από κύτταρα. Τα κύτταρα είναι πολύπλοκα, βιολογικά συστήματα των οποίων η ύπαρξη και η ανάπτυξη εξαρτάται από χιλιάδες αλληλεπιδράσεις μεταξύ των μορίων του κυττάρου (πχ γονίδια, πρωτείνες, χημικά συστατικά κτλ). Αυτές οι αλληλεπιδράσεις συνήθως μοντελοποιούνται με τη βοήθεια γράφων, όπου οι κόμβοι αναπαριστούν τα μόρια ενώ οι ακμές τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των μορίων. Μέχρι σήμερα έχουν μελετηθεί λεπτομερώς τουλάχιστον τέσσερα διαφορετικά είδη βιολογικών δικτύων: τα gene-regulatory networks, τα protein-protein interaction networks, τα signal transduction networks και τα metabolic interaction networks. Η παρούσα εργασία επικεντρώνεται στην ανάλυση και οπτικοποίηση των metabolic networks. Τα metabolic networks αναπαριστούν το σύνολο των αντιδράσεων που λαμβάνουν χώρα σε ένα κύτταρο με σκοπό την διατήρηση της ζωής. Οι βιο-χημικές αντιδράσεις παράγουν ένα σύνολο με ένα ή περισσότερα προϊόντα από ένα σύνολο με ένα ή περισσοτερα αντιδρώντα. Η αναπαράσταση των metabolic networks με την χρήση γράφων, συχνά επιφέρει διάφορα προβλήματα. Για παράδειγμα, σε μία αντίδραση αντιμετωπίζοντας κάθε μεταβολίτη ξεχωριστά, οι εξαρτήσεις μεταξύ των μεταβολιτών χάνονται. Καθώς μία αντίδραση μπορεί να έχει ένα ή περισσοτερα αντιδρώντα ή/και ένα ή περισσότερα πρϊόντα, η ακμή που αναπαριστά την αντίδραση είναι στην πραγματικότητα μία υπερ-ακμή και το metabolic network ένας υπερ-γράφος. Ένας υπερ-γράφος είναι μια γενίκευση ενός απλού γράφου, όπου μία υπερ-ακμή μπορεί να συνδέει έναν ή περισσότερους κόμβους. Δυστυχώς η ανάλυση και οπτικοποίηση των metabolic networks με την χρήση υπερ-γράφων δεν είναι απλή διαδικασία. Η δυσκολία οφείλεται στην πολυπλοκότητα και στις ιδιαιτερότητες των δικτύων αυτών καθώς επίσης και στην περιορισμένη βιβλιογραφία αναφορικά με την οπτικοποίηση υπερ-γράφων. Για την εξέταση του προτεινόμενου μοντέλου, αναπτύχθηκε ένα εργαλείο,το VisBolic, το οποίο αναλύει και οπτικοποιεί τα metabolic networks ενώ επιτρέπει την εκτέλεση προκαθορισμένων επερωτήσεων στην βάση. Τα δεδομένα προέρχονται από την βάση δεδομένων του KEGG, και βρίσκονται αποθηκευμένα σε flat αρχεία. Τα δεδομένα αυτά, αφού υπέστησαν μία αρχική επεξεργασία, στη συνέχεια αποθηκεύτηκαν σε μία σχεσιακή βάση δεδομένων, καθιστώντας εφικτή την ανάλυσή τους με υπολογιστή. (EL)
Every biological organism consists of cells. Cells are complex, biological systems whose growth and existence depends on thousands of biological interactions between the molecules (genes, proteins, chemical compounds etc). These interactions are typically modelled as graphs, where nodes represent the molecules and edges the interactions between the molecules. Many important biological networks have been discovered through laboratory studies. To date, at least four types of biological networks have been characterized in detail: the gene regulatory networks, the protein-protein interaction networks, the signal transduction networks and the metabolic interaction networks. This thesis focuses on the analysis and visualization of metabolic networks. Metabolic networks represent the set of chemical reactions that happen in a cell to maintain life. Biochemical reactions are processes that lead to the transformation of one set of chemical substances (called reactants or substrates) to another set (called products). A variety of problems arise in analysing and representing that knowledge using a graph-based model. For example, by treating each metabolite in a reaction separately, dependences between metabolites are lost. Since a reaction may have one or more substrates or one or more products, the edge representing a reaction is actually a hyperedge. Thus, the metabolism is better represented by hypergraphs. A hypergraph is a generalization of an ordinary graph where a hyperedge can connect more than two vertices. Unfortunately, the hypergraph based analysis and visualization of metabolic networks was proven not a simple task, due to the complexity and the particularities of metabolic networks and due to the lack of literature on hypergraph drawing. For testing our approach a tool, called VisBolic (VISualization of MetaBOLIC pathways), has been developed. The tool analyses and visualizes metabolic pathways while allows the execution of predefined but meaningful queries on metabolism. The metabolic network data come from KEGG database, where the data are stored in flat files. Therefore, the data were firstly preprocessed and then were stored in a relational database, making them amenable to computer analysis. (EN)

text

Γράφοι
Visualization
Metabolic Networks
Αντίδραση
Οπτικοποίηση
Reaction
Metabolism
Υπέργραφοι
Μεταβολισμός
Μεταβολικά δίκτυα
Μεταβολικά μονοπάτια
Graphs
Metabolic Pathways
Hypergraphs

Πανεπιστήμιο Κρήτης (EL)
University of Crete (EN)

2011-11-18




*Η εύρυθμη και αδιάλειπτη λειτουργία των διαδικτυακών διευθύνσεων των συλλογών (ψηφιακό αρχείο, καρτέλα τεκμηρίου στο αποθετήριο) είναι αποκλειστική ευθύνη των αντίστοιχων Φορέων περιεχομένου.