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Forschungsprojekt: ML-Space

  Stochastische, diskrete Modellierung zellbiologischer Prozesse im kontinuierlichen und diskretisierten Raum

Zusammenfassung: Viele in der Systembiologie etablierte Modellierungsansätze basieren auf der Annahme, die modellrelevanten Akteure seien in ihrer jeweiligen zellulären Untereinheit gleichverteilt. In diesem Projekt werden Simulationsmethoden untersucht, die die räumliche Verteilung berücksichtigen. Insbesondere sollen Ansätze mit diskreter Raumrepräsentation (z.B. Next Subvolume Method) mit solchen mit kontinuierlichem Raum (individuen- bzw. partikelbasiert) kombiniert werden. Gleichzeitig wird eine formale Sprache zur Beschreibung von Modellen mit räumlichen Phänomenen entwickelt.

  Projektinformationen    
 
Laufzeit: Seit 15.04.2010
Wissenschaftl. Bearbeiter: Dipl.-Inf. Arne Bittig
Studentische Hilfskräfte: Could not resolve: <member:de_valentin>
Auftraggeber: DFG Graduiertenkolleg dIEM oSiRiS
  ML-Space

Proteine, Nukleotide und andere Akteure in biologischen Zellen sind oft nicht gleichmäßig in diesen verteilt. Diese Annahme liegt aber vielen etablierten Modellierungs- und Simulationsmethoden in diesem Bereich zugrunde. Räumliche Verteilungen berücksichtigende Ansätze können jeden einzelnen Akteur individuell mit Koordinaten im kontinuierlichen Raum repräsentieren oder den Raum in kleine virtuelle Blöcke, Subvolumes genannt, unterteilen, in denen wiederum (fast) gleichverteilte Akteurpopulationen repräsentiert werden.

Ein Simulator, der diese beiden Ansätze -- Individuen im kontinuierlichen Raum und Populationen in Subvolumes -- kombiniert, wurde in der ersten Generation des GRK dIEM oSiRiS entwickelt. Parallel und relativ unabhängig davon wurden eine regelbasierte Beschreibungssprache speziell für die Beschreibung von Mehrebenenphänomenen entwickelt. Dabei werden (potentiell verschachtelte) räumliche Einheiten selbst als Akteure angesehen und Reaktionen zwischen ihnen kann die Verschachtelungsstruktur ändern. Für Reaktionen auf gleicher Ebene wird jedoch weiterhin von räumlicher Gleichverteilung innerhalb dieser ausgegangen.

Ziel dieser Arbeit ist die Synthese dieser Ansätze. Dies beinhaltet die Entwicklung eines räumlichen Simulators, der im Gegensatz zu o.g. Verschachtelung von Individuen und Transfer eines Individuums über die Grenzen eines anderen zulässt (o.g. Simulator wurde für Repräsentation großer und kleiner Moleküle entwickelt, nicht für räumliche Strukturen, die selbst Moleküle in sich aufnehmen können) und außerdem  in den möglichen Reaktionen zwischen Akteuren deutlich flexibler ist. Desweiteren ist zu untersuchen, wie die o.g. Modellierungssprache für eine möglichst allgemein gehaltene Beschreibung räumlich zu simulierender Phänomene eingesetzt werden kann bzw. angepasst werden muss.




Projektstruktur