• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Poza granice genetyki - eksploracja sieci biologicznych w poszukiwaniu nowych terapii

    14.10.2013. 15:58
    opublikowane przez: Redakcja

    Geny definiują nas i każdy inny żywy organizm. Zawierają informacje niezbędne do budowy i utrzymania komórek organizmu oraz przekazywania cech genetycznych potomstwu - od koloru oczu i włosów po podatność lub odporność na choroby.

    Jednak geny nie są jedynym źródłem informacji biologicznych: białka, sieci metaboliczne oraz sieci interakcji genów i białek, by wymienić zaledwie kilka, mogą potencjalnie powiedzieć nam znacznie więcej. Łącznie dane te mogą przyczynić się do kluczowych postępów w badaniach biomedycznych i do opracowania nowych terapii.

    W dofinansowanym ze środków unijnych projekcie BIONET (Topologia sieciowa uzupełniająca genom jako źródło informacji biologicznych) wykorzystywana jest teoria grafów - dział matematyki - do modelowania interakcji sieci biologicznych i opracowywania zaawansowanych algorytmów w celu analizy tych złożonych danych.

    Posłużmy się przykładem drożdży piekarskich. Jedna komórka zawiera około 6.000 białek, które wchodzą ze sobą w około 50.000 interakcji. Podczas gdy informacje genetyczne są istotne, ponieważ zawierają projekt komórki, interakcje między białkami tworzą nie mniej ważną sieć, gdyż określają sposób funkcjonowania komórki.

    "Podobnie jak budowane przez nas domy jednorodzinne różnią się od szkół czy centrów handlowych, dobór naturalny 'wyselekcjonował' strukturę sieci biologicznych do wykonywania określonej funkcji biologicznej" - wyjaśnia dr Nataša Pržulj z Imperial College London, Zjednoczone Królestwo, która otrzymała grant Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (ERBN) dla początkujących naukowców o wartości 1,6 mln EUR na prace nad projektem BIONET.

    Dr Pržulj wraz z kolegami wykorzystuje zaawansowaną matematykę, obliczenia równoległe i techniki eksploracji danych, aby odkryć informacje ukryte między innymi w strukturze sieci interakcji genetycznych, sieci interakcji białko-białko, sieci metabolicznych, sieci struktury białkowej i sieci funkcjonalnych mózgu.

    To ogromne wyzwanie, które wiąże się z dużymi i złożonymi zbiorami danych oraz problemami obliczeniowymi wymagającymi ogromnych ilości czasu komputerowego do przeprowadzenia analiz. Zespół czerpie z doświadczeń i technologii z tak zróżnicowanych dziedzin jak matematyka, obliczenia równoległe, obliczenia naukowe, eksploracja danych oraz biologia i medycyna.

    "Odcyfrowywanie tych rozległych sieci nie jest łatwe, gdyż pociąga za sobą wiele trudnych do rozwiązania pod względem obliczeniowym problemów" - zauważa dr Pržulj. "Sieci biologiczne są bardzo rozległe i obejmują na przykład wszystkie białka i ich znane interakcje w komórce, a my ekstrahujemy informacje z różnego typu danych biologicznych i topologii sieci biologicznych. To ważne, gdyż żadne pojedyncze źródło danych biologicznych nie wystarczy do pełnego wyjaśnienia procesów biologicznych i musimy ekstrahować informacje z każdego z nich, zanim będziemy mogli je połączyć w celu uzyskania pełnego obrazu złożonych systemów biologicznych".

    Jednak potencjalna nagroda jest ogromna. Poznanie funkcjonowania sieci biologicznych i ich reakcji wewnątrz oraz między sobą może między innymi przełożyć się na rewolucyjne terapie w szerszym zakresie chorób.

    W tym właśnie duchu zespół BIONET podjął współpracę z prof. Charlesem Coombesem z Wydziału Medycyny Imperial College London, prof. Djordje Radakiem z Instytutu Chorób Układu Krążenia Uniwersytetu w Belgradzie, Serbia, oraz z prof. Anandem Ganesanem z Wydziału Dermatologii Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine, USA, aby przestudiować procesy biologiczne mające swój udział w nowotworach skóry, raku piersi i chorobach układu krążenia.

    "Współpracujemy z lekarzami i naukowcami z dziedziny medycyny nad wykorzystaniem informacji ukrytych w topologii sieciowej, które odkryliśmy za pomocą naszych nowych technik obliczeniowych" - mówi dr Pržulj.

    Na przykład zespół zidentyfikował obliczeniowo w topologii sieci interakcji białko-białko człowieka nowe białka zaangażowane w wytwarzanie melaniny i uzyskał biologiczną walidację swoich wyników.

    To szczególnie istotne dla badań nad nowotworami skóry, gdyż niektóre z tych białek mogą być potencjalnymi celami nowych leków, pomagając w wyleczeniu tych złożonych chorób.

    Naukowcy z projektu BIONET zidentyfikowali także białka zaangażowane w zapoczątkowanie i progresję wielu innych złożonych chorób, między innymi nowotworów i problemów sercowo-naczyniowych.

    Aczkolwiek oddziaływanie projektu BIONET nie ogranicza się do biologii i badań biomedycznych. Opracowane przez zespół techniki obliczeniowe do eksploracji danych sieciowych mogą również znaleźć zastosowanie w wielu innych dziedzinach, od ekonomii i demografii po reagowanie w przypadku katastrofy.

    Dr Pržulj wskazuje na przykład, że zespół współpracuje także z ekonomistami nad zastosowaniem technik obliczeniowych wobec światowej gospodarki, aby poszukiwać przyczyn kryzysów gospodarczych i odkrywać potencjalne procesy ożywienia.

    Zakończenie prac nad projektem BIONET zaplanowano na grudzień 2016 r.
    Za: CORDIS


    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Struktura sieci elektroenergetycznej - jest to jednoznacznie określony układ sieci wraz z parametrami poszczególnych urządzeń. Określenie to zastępuje stosowane kiedyś pojęcie wariant sieci. Używane może być zarówno do określenia sieci istniejącej, jak i do określenia projektu nowej sieci. Struktura sieci zawiera wszystkie elementy, z których sieć jest zbudowana. W skład struktury wchodzą między innymi: Topologia pierścienia - jedna z fizycznych topologii sieci komputerowych. Komputery połączone są za pomocą jednego nośnika informacji w układzie zamkniętym - okablowanie nie ma żadnych zakończeń (tworzy krąg). W ramach jednego pierścienia można stosować różnego rodzaju łącza. Długość jednego odcinka łącza dwupunktowego oraz liczba takich łączy są ograniczone. Sygnał wędruje w pętli od komputera do komputera, który pełni rolę wzmacniacza regenerującego sygnał i wysyłającego go do następnego komputera. W większej skali, sieci LAN mogą być połączone w topologii pierścienia za pomocą grubego przewodu koncentrycznego lub światłowodu. Metoda transmisji danych w pętli nazywana jest przekazywaniem żetonu dostępu. Żeton dostępu jest określoną sekwencją bitów zawierających informację kontrolną. Przejęcie żetonu zezwala urządzeniu w sieci na transmisję danych w sieci. Każda sieć posiada tylko jeden żeton dostępu. Komputer wysyłający, usuwa żeton z pierścienia i wysyła dane przez sieć. Każdy komputer przekazuje dane dalej, dopóki nie zostanie znaleziony komputer, do którego pakiet jest adresowany. Następnie komputer odbierający wysyła komunikat do komputera wysyłającego o odebraniu danych. Po weryfikacji, komputer wysyłający tworzy nowy żeton dostępu i wysyła go do sieci. Kanały logiczne, transportowe i fizyczne używane w UMTS to pojęcia wykorzystywane dla potrzeb projektowania i opisu sieci radiowych budowanych w tym standardzie. Są one traktowane jako interfejsy pomiędzy warstwami protokołów służącymi do przygotowania danych do wysłania w sieci radiowej (lub do odzyskania danych z informacji, która została odebrana z sieci radiowej).

    Topologia sieci komputerowej – model układu połączeń różnych elementów (linki, węzły itd.) sieci komputerowej. Określenie topologia sieci może odnosić się do konstrukcji fizycznej albo logicznej sieci. WindEx AWAR – narzędzie informatyczne wspomagające wykonywanie ewidencji zdarzeń w sieci elektroenergetycznej, stworzone przez firmę ElkomTech. System ten archiwizuje i przetwarza informacje o zdarzeniach sieciowych i awariach. Informacje pobierana bezpośrednio z baz danych systemu dyspozytorskiego lub zintegrowanych systemów wspomagających lub mogą być uzupełniane przez operatora. Jedną z funkcji tego systemu jest wyliczanie najważniejszych wskaźników określających niezawodność zasilania odbiorców dla fragmentów sieci co w oczywisty sposób ułatwia planowanie remontów.

    SCC - program komputerowy, którego zadaniem jest wykonywanie obliczeń zwarciowych dla różnych konfiguracji sieci systemu elektroenergetycznego. Został opracowany na Politechnice Lubelskiej przez P. Kacejko, P. Millera oraz M. Wancerza w Katedrze Sieci i Zabezpieczeń elektrycznych. Informacje o konfiguracji analizowanej sieci program czerpie z zewnętrznych zbiorów dyskowych. Potrafi także korzystać z danych generowanych przez bazę danych zwarciowych. Ponadto posiada wbudowany moduł edycyjny pozwalający na kompleksowe zarządzanie danymi poszczególnych wariantów sieci. Terenowe Sieci Elektroenergetyczne (TSE) - określane też jako Rejonowe Sieci Elektroenergetyczne (RSE) są to sieci rozdzielcze zasilające wsi, małe miasta oraz niewielkie zakłady przemysłowe znajdujące się poza terenami miejskimi. W skład TSE wchodzą: sieci 110 kV, sieci SN i sieci niskiego napięcia. Sieci nn oraz SN zasilające wyłącznie wsie nazywa się często wiejskimi sieciami elektroenergetycznymi WSE.

    Sieć szkieletowa (ang. backbone network) – sieć telekomunikacyjna, w tym sieć komputerowa, przez którą przesyłana jest największa liczba informacji. Łączy zwykle mniejsze sieci (sieci lokalne), grupy robocze, przełączniki, sieci rozległe. Urządzenia wchodzące w strukturę sieci szkieletowej z reguły odpowiedzialne są za funkcjonowanie całej sieci na określonym obszarze. Topologia magistrali (szynowa) – jedna z topologii fizycznych sieci komputerowych charakteryzująca się tym, że wszystkie elementy sieci są podłączone do jednej magistrali (zazwyczaj jest to kabel koncentryczny). W tej topologii pracują na przykład sieci 10BASE2 czy NMEA 2000.

    Struktura sieci – jest to sposób, w jaki do sieci podłączone są zasoby udostępnione. Wyróżniane są dwa typy struktury sieci: klient-serwer oraz równy z równym (p2p – peer to peer).

    Fabric (ang. tkanina, struktura), także znane jako switched fabric, switching fabric (brak polskiego odpowiednika dla tej nazwy) jest topologią sieci, w przypadku której węzły sieci łączą się ze sobą za pośrednictwem jednego lub więcej przełączników sieciowych (tzw. switchy) - zwykle w opozycji do topologii pętli (loop). Określenie to występuje zazwyczaj w telekomunikacji, w kontekście sieci o wysokiej przepustowości (m.in. Storage Area Network, InfiniBand).

    Konfiguracja sieci elektroenergetycznej - jest to jednoznacznie określony układ danej struktury sieci, otrzymany przez wyłączenia i przełączenia wykonane w zbiorze jej elementów. Rozróżnia się konfiguracje: normalne, awaryjne, poawaryjne. Każdej strukturze sieci odpowiada skończony zbiór konfiguracji. Sniffer – program komputerowy lub urządzenie, którego zadaniem jest przechwytywanie i ewentualnie analizowanie danych przepływających w sieci. Wspólną cechą wielu takich analizatorów jest przełączenie karty sieciowej w tryb mieszany (ang. promiscuous), w którym urządzenie odbiera wszystkie ramki z sieci, także te nieadresowane bezpośrednio do niego; sniffery mogą być uruchamiane także na routerze lub na komputerze będącym jedną ze stron komunikacji sieciowej – i w tych przypadkach tryb promiscuous nie jest konieczny.

    Układ normalny systemu elektroenergetycznego - model systemu elektroenergetycznego w postaci zestawu danych opisujących parametry i stan sieci przesyłowej. Układ normalny stanowi bazowy model KSE, który jest podstawą do wykonywania dalszych analiz związanych na przykład ze zmianą konfiguracji sieci, obciążeń odbiorów, zmianami rozkładu generacji w elektrowniach. Optimal Brain Damage – algorytm służący do optymalizacji liczby wag sieci neuronowej. W algorytmie redukuje się wagi neuronów, następnie szacuje się jej wpływ na działanie sieci. Redukcji wag dokonuje się kiedy sieć jest już nauczona. Jeśli waga ma mały wpływ na wartość błędu oraz właściwości klasyfikacyjne sieci, dana waga może być bezpiecznie usunięta z sieci.

    Telefonia cyfrowa (ang. Digital telephony ) wykorzystuje elektronikę cyfrową w zakresie świadczenia usług telefonii cyfrowej i systemów. W 1960 cyfrowy rdzeń sieci prawie całkowicie zastępuje stary analogowy system, a wiele z dostępów do sieci zostały również przełożonych na cyfrowe. Cyfrowa telefonia została wprowadzona do świadczenia usług głosowych przy niższych kosztach, ale została następnie uznana za wielką wartość dla nowych usług sieciowych, takich jak ISDN, który może użyć cyfrowych urządzeń do szybkiego transferu danych przez linie telefoniczne.

    Dodano: 14.10.2013. 15:58  


    Najnowsze