Сочинение на тему Методы моделирования для моделирования сотовых сетей и систем
- Опубликовано: 12.07.2020
- Предмет: Наука
- Темы: Биология, биотехнология, клетка, Технологии
Биотехнология – это использование живых организмов для блага человечества. Биотехнология относится к пониманию метаболизма клеток, также учитывает характеристики отдельных биомолекул и их работу в сетях взаимодействия. Математическое моделирование стало важным элементом для понимания сложности биологии. Математические поля, такие как исчисление, статистика, алгебра, различные типы уравнений, теперь используются в области биотехнологии.
Математика играет ключевую роль во многих научных дисциплинах как инструмент математического моделирования. Математические модели описывают нам прошлые результаты и предсказывают будущие показатели биотехнологических процессов. Математика дает логику, а не веру, и помогает в количественном определении. Без математики биология никогда не была бы современной наукой, а биотехнология никогда бы не сделала первый шаг. Математика используется для выполнения рутинных лабораторных заданий, таких как клонирование или запуск геля или ПЦР или для проведения ВЭЖХ. Мы также хотим увеличить рекомбинантный продукт или сделать геномный анализ изолирующего гена или понять реакцию, нам нужно много математики для расчетов или оценок. Существует область математики, известная как «Биостатистика и вероятность», которая имеют применение в области биотехнологий. Базовая статистика также затрагивает такие предметы, как генетика, биоинформатика и методология исследования. В биологии сейчас много областей математики, таких как биоматематика.
ПРИМЕНЕНИЕ МАТЕМАТИКИ В БИОТЕХНОЛОГИИ
Математика играет важную роль в области биотехнологии. Математика является сильным показателем успеха в области биотехнологий в области промышленности или научных кругов. Весь мир науки и техники говорит о языке математики на каком-то уровне. Математика наиболее определенно относится к таким областям биотехнологии, как биоинформатика, биохимическая инженерия, системная биология, биостатистика, измерительные приборы и т. Д. Математика также очень полезна для более глубокого понимания самой биотехнологии. Поскольку между каждой областью, такой как слой ниже биологии, существует большая связь, это химия, то после химии есть физика, и для понимания физики необходимо понимать понятия математики.
В биотехнологии используется «ТЕХНОЛОГИЯ», которая прямо показывает, что здесь используются математика, физика, химия и все:
Математика, используемая в биотехнологии, на основе физической формы:
- Для нахождения точного количества ДНК для расчета используется математика.
- Для расчета состава любой культуральной среды.
- Нахождение морали, моляльности и нормальности решения.
В промышленных компаниях широко используется математика для оценки процентного содержания и pH любого раствора.
Математика играет важную роль в биоинформатике, сопоставляя или удаляя схемы DN. Во время процесса биостатика используется в отношении математики, как поиск старых данных любого исследования, которое мы находим средним, медианным.
Математическое моделирование является наиболее предпочтительным в области биотехнологии. Математическое моделирование становится важным инструментом не только для теорий, в которых биология нуждается больше всего, но и для применения полученных знаний на генетической и молекулярной основе жизни. Существуют следующие модели, которые играют важную роль в области биотехнологии:
- Метаболические сетевые модели и анализ баланса потоков (FBA).
- Обратное проектирование сетей регуляции генов (GRN).
- Динамические модели на основе непрерывных обыкновенных дифференциальных уравнений.
Модели метаболических сетей и анализ баланса потоков (FBA)
Стехиометрический анализ и анализ баланса потоков (FBA) являются инструментами для моделирования сетей взаимодействия. Эти модели являются наиболее мощными инструментами, которые сочетают в себе процессы, происходящие вне клетки, такие как поглощение, скорость производства, скорость роста, урожайность и т. Д. С внутриклеточным распределением углерода и потока энергии. FBA и стехиометрические модели были использованы для расчета масштаба генома. Анализ динамического баланса потока, впервые предложенный Дойлом и его сотрудниками, использует информацию о внеклеточной концентрации для расчета максимальной урожайности. Ограничения FBA включают потерю динамической метаболической информации, неспособность модели динамического переходного процесса и т. Д. Моделирование FBA также использовалось для информирования о концепции базовой биологии. Распределения потока, оцененные FBA, рассчитываются путем решения уравнений баланса массы с постоянной скоростью.
Обратный инжиниринг сетей регуляции генов (GRN)
FBA пока успешен во многих отношениях, но имеет ограниченную силу, поскольку он не включает регуляцию экспрессии генов или активности белка. На клеточном уровне активность ферментов и других белков слегка регулируется. Мощное использование генных регуляторных сетей сочетается с FBA. Covert и Palsson продемонстрировали эффекты регуляции генов в центральном метаболизме кишечной палочки. В этом исследовании регуляция генов была представлена в виде логической логической сети с использованием логических операторов AND OR NOT. К ним относятся линейное весовое моделирование, линейные и нелинейные обыкновенные дифференциальные уравнения и т. Д. В булевом подходе предполагается, что гены включены или выключены, а отношения ввода-вывода между ними выражаются посредством логических функций (таких как AND, OR, NOT и т. Д.). ).
Динамические модели на основе непрерывного обыкновенного дифференциального уравнения
Непрерывные динамические модели стали известными инструментами для моделирования временной эволюции сложных сетей взаимодействия белок-белок и белок-ДНК. Наиболее распространенные составы в виде массового действия, которые учитывают скорость реакции, пропорциональны продукту реагентов и Михаэлиса-Ментена. Стехиометрические матрицы и формулировки скорости объединяются, чтобы сформировать сеть обыкновенных дифференциальных уравнений (ОДУ), которая описывает эволюцию каждого вида в сети. Эти такие системы нелинейны, поэтому должны решаться численно. Существуют также пакеты программ, разработанные специально для моделирования сетей биохимических реакций.
Модели с одной ячейкой и стохастическое моделирование
Детерминированные модели зависят от математики континуума и игнорируют дискретные события. Однако молекулярные реакции происходят дискретно между отдельными молекулами. В SSA у нас снова есть система видов, которую можно описать вектором состояния. Эти виды взаимодействуют друг с другом через каналы реакции, характеризующиеся функциями склонности. Поскольку SSA учитывает возникновение каждого события реакции в системе, алгоритм неэффективен для больших систем. Многие методы были разработаны для улучшения производительности SSA. Хотя были выявлены простые случаи, когда стохастические эффекты важны, многие промышленные системы значительно больше.
Качественные модели: нечеткая логика и сети Петри
Размерность и нелинейность биологически одних и тех же сетей взаимодействия затрудняет прогнозирование многих характеристик с помощью интуиции. По мере увеличения размеров моделей в масштабе генома структурные различия затрудняют идентификацию моделей даже при использовании сложных вычислительных методов. Нечеткая логика – один из методов включения качественных правил в биохимические модели. Сети Петри являются еще одним способом моделирования распределения состояний для системы взаимодействующих элементов. Функция членства определяет степень членства переменной. Таким образом, было возможно иметь переменную с несколькими степенями «включено», в отличие от значения TRUE / FALSE вкл / выкл.
Заключение
В этом мы изучаем методы моделирования для моделирования сотовых сетей и систем. Однако выбор метода зависит как от рассматриваемой системы, так и от цели анализа. В условиях увеличения размера и сложности сетей наиболее мощными моделями могут быть гибридные модели, представляющие собой смесь преимуществ различных методов моделирования.
Литература:
- A. Аркин, Дж. Росс, Х. Х. Макадамс. Стохастический кинетический анализ бифуркации пути развития в фаговых лямбда-инфицированных клетках Escherichia coli. Genetics, 149: 1633-1648, 1998.
- M. B Elowitz, A. J Levine, E.D Siggia и P.S Swain. Стохастическая экспрессия генов в одной клетке. Science, 297: 1183-1186, 2002.
- M. Heiner, I. Koch и J. Will. Модель валидации биологических путей с использованием сетей Петри – продемонстрирована для апоптоза. Biosystems, 75: 15-28, 2004.
- M.L. Шулер. Одноклеточные модели: перспективы и ограничения. J. Biotechnol., 71: 225
Мужчины очень долго правили в индустрии фитнеса. Не удивительно, что женщины в равной конкуренции соревнуются с мужчинами в индустрии фитнеса. Они также ищут идеальное тело,
Цель этого эксперимента – получить представление о полностью настраиваемой программе LabVIEW и понять, как инженеры используют программу в своих интересах, чтобы создать собственную лабораторию, которая
Есть несколько разных циклов, вокруг которых вращается Земля. Некоторые из циклов были затронуты катастрофой Фукусима-Дайхатсу. Завод в Фукусиме пострадал от землетрясения силой 9,0 балла. Растения,