Программный Модуль «Метаболом».


Программный Модуль «Метаболом» решает следующие задачи:

  1. Реконструкцию метаболических моделей на основе информации из ассоциативных генных сетей.
  2. Запуск задачи анализа стационарных потоков в метаболической сети. Модуль является частью развиваемого инструментария fluxModelingProtocols (https://ipcgn.cytogen.ru/modules/devo/fluxmodelingprotocols). Программный модуль реализован на языке программирования Python как серия блоков-сценариев в Jupyter lab (https://jupyter.org/), между которыми передаются данные.

Этапы работы:

  • Первым этапом является создание ассоциативной генной сети в когнитивной системе ANDSystem (*.and файл).
  • На следующем этапе по описанию сети строятся списки метаболических реакций и метаболитов, которые будут формировать модель. На этом этапе необходим экспертный контроль, для фильтрации элементов, которые не существенны в рамках исследуемой модели.
  • На заключительном этапе по спискам метаболитов и реакций строится объект модели, который является ключевым для дальнейшего анализа.

Именно модель, оформленная как файл *.json для инструментария opencorba (https://opencobra.github.io/), используется в дальнейшем целевом в исследовании процессов метаболизма. Описание входных/выходных данных

  1. Блок реконструкции целевой генной сети в когнитивной системе ANDSystem. Входные данные: заболевание или ферменты, для которых будет строится ассоциативная генная сеть. Выходные данные: ассоциативная генная сеть в формате «*.and».
  2. Блок конвертации информации метаболических потоках в генной сети в списки реакций преобразования метаболитов; Входные данные: ассоциативная генная сеть в формате «.and». Выходные данные: Два табличных текстовых файла «.csv», описывающие списки реакций и метаболитов модели.
  3. Блок генерации модели метаболической сети Входные данные: Два табличных текстовых файла «.csv», описывающие списки реакций и метаболитов модели. Выходные данные: Файл модели для инструментария cobrapy в формате «.json».
  4. Вычислительный блок для расчёта стационарных потоков метаболитов и (оценки влияния мутаций/нокаутов генов на эти стационарные потоки. Входные данные: Файл модели в формате «.json». Выходные данные: Серии табличных текстовых файлов «.csv», описывающие результирующие значения стационарных потоков модели.
  5. Блок визуализации метаболических карт и отображения результатов вычислительных экспериментов Входные данные: Файл модели в формате «.json». Карта метаболической сети в формате системы ESCHER «.json».Серии табличных текстовых файлов «.csv», описывающие результирующие значения стационарных потоков модели. Выходные данные: Карта метаболической сети в формате системы ESCHER «.json». Изображения с наложенными результирующими значениями стационарных потоков модели на карту метаболической сети. Интерактивная карта метаболической сети.

В результате прохождения всех сценариев программного модуля ГСМП получится серия файлов описывающих разные аспекты метаболической модели:

  1. Ассоциативная генная сеть из когнитивной системы andSystem, послужившая основой для модели.
  2. Список метаболитов и их свойств в виде табличного файла.
  3. Список реакций и их свойств в виде табличного файла.
  4. Файл модели в формате инструментария opencobra.github.io.
  5. Файлы метаболических карт в формате инструментария Escher.
  6. Серия результирующих метаболических потоков в виде текстовых табличных файлов, которые можно отобразить на метаболических картах.