Smouldn

Smouldn
Оригинальный автор (ы)	Стив Эндрюс
Первоначальный выпуск	1 июля 2003 г .; 21 год назад
Стабильный релиз	2.71 / 6 февраля 2023 года ; 18 месяцев назад
Репозиторий	Жируб .с /ssandrews / Смолдин
Написано в	100 , 100 ++ , Python
Операционная система	Linux , MacOS и Windows
Тип	Программное обеспечение для симуляции
Лицензия	LGPL
Веб -сайт	www .moldine .орг

Smoldyn -это программное приложение с открытым исходным кодом для биохимического моделирования сотового масштаба. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} Он использует моделирование на основе частиц, что означает, что он имитирует каждую интересующую молекулу индивидуально, чтобы захватить естественную стохастичность и вытекать пространственное разрешение масштаба нанометра. Моделируемые молекулы диффузные, реагируют, ограничены поверхностями и связываются с мембранами в аналогичных манерах, что и в реальных биохимических системах.

История

Смолдин был первоначально высвобожден в 2003 году как симулятор, который представлял химические реакции между диффузирующими частицами в прямолинейных объемах. ^{[ 3 ]} Дополнительная разработка добавила поддержку поверхностей, ^{[ 1 ]} многомасштабное моделирование ^{[ 4 ]} молекулы с исключенным объемом, ^{[ 2 ]} Моделирование на основе правил ^{[ 5 ]} и C/C ++ и Python API. ^{[ 6 ]} Smoldyn Development был профинансирован постдокторским грантом NSF, присужденным Стиву Эндрюсу, контракту США по Министерству США, заключенному Адаму Аркину, гранту от компьютерных исследовательских лабораторий (Пуна, Индия), присужденного Upinder Bhalla, контракту MITR Роджер Брент и грант Фонда Саймонса, присужденный Стиву Эндрюсу.

Команда разработчиков

Смольдин был разработан в основном Стивом Эндрюсом в течение нескольких исследований и преподавательских должностей. Другие участники включали Натана Адди, ^{[ 1 ]} Мартин Робинсон, ^{[ 4 ]} И Диливар Сингх. ^{[ 6 ]}

Функции

Смолдин, в первую очередь, является инструментом для биофизических и системных биологических исследований. Он фокусируется на пространственных масштабах, которые находятся между нанометрами и микронами. Следующие описания функций взяты из документации Smoldyn. ^{[ 7 ]}

Определение модели : модели вводятся в виде текстовых файлов, которые описывают систему. Это включает в себя: списки видов молекул, их коэффициенты диффузии и их химические реакции; Списки поверхностей и их взаимодействие с молекулами; начальная молекула и поверхностные местоположения; и действия, которые «виртуальный экспериментатор» выполняет во время симуляции.
Графика в реальном времени : Смольдин отображает смоделированную систему в графическое окно, когда выполняется симуляция.
Моделируемое поведение : моделируемое поведение Смольда сосредоточено на молекулярной диффузии, взаимодействии с поверхностями и взаимодействия друг с другом. Это обеспечивает моделирование: молекулярную диффузию и дрейф, химические реакции, исключенные объемные взаимодействия, макромолекулярное толпу, аллостерические взаимодействия, адсорбцию поверхности и десорбция, частичная передача посредством поверхностей, диффузии на поверхности и длительные межмолекулярные силы.
Точность : разработка Смольда сильно сосредоточилась на количественной точности. Тесты были запущены и опубликованы, чтобы показать эту диффузию, ^{[ 1 ]} химические реакции, ^{[ 3 ]}^{[ 1 ]} поверхностные взаимодействия, ^{[ 8 ]} исключенные объемные взаимодействия, ^{[ 2 ]} и диффузия на поверхности ^{[ 2 ]} Моделируйте с высокой количественной точностью, как правило, с ошибкой менее 1%.
Моделирование на основе правил : Смолдин поддерживает два типа моделирования на основе правил. Он читает язык BNGL, ^{[ 2 ]} который он анализирует с помощью программного обеспечения Bionetgen. Он также поддерживает метод, основанный на символах подстановочных знаков. ^{[ 5 ]}
Многомасштабное моделирование : поскольку моделирование на основе частиц является вычислительным интенсивным, Смольдин также поддерживает моделирование с использованием пространственной версии алгоритма Гиллеспи . Эти алгоритмы связаны вместе, чтобы оба были использованы в одном моделировании. ^{[ 4 ]}
C/C ++ и Python API : все функции Смольда можно получить через любой C/C ++ ^{[ 2 ]} или питон ^{[ 6 ]} API.

Ускорение графического процессора

Смольдин был рефактирован дважды для работы на графических процессорах, каждый раз предлагая примерно в 200 раз улучшения скорости. ^{[ 9 ]}^{[ 10 ]} Тем не менее, ни одна версия не поддерживает полный спектр функций, доступных в версии ЦП. В настоящее время их не поддерживают.

Смотрите также

Список программного обеспечения для моделирования системной биологии

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и Эндрюс, Стивен С.; Адди, Натан Дж.; Брент, Роджер; Аркин, Адам П. (2010). «Подробное моделирование клеточной биологии со Смольдом 2.1» . PLOS Comput. Биол . 6 (3): E1000705. BIBCODE : 2010PLSCB ... 6E0705A . doi : 10.1371/journal.pcbi.1000705 . PMC 2837389 . PMID 20300644 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон Эндрюс, Стивен С. (2017). «Смольдин: моделирование на основе частиц с моделированием на основе правил, улучшенным молекулярным взаимодействием и интерфейсом библиотеки» . Биоинформатика . 33 (5): 710–717. doi : 10.1093/bioinformatics/btw700 . PMID 28365760 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Эндрюс, Стивен С.; Брей, Деннис (2004). «Стохастическое моделирование химических реакций с пространственным разрешением и отдельной молекулой». Физическая биология . 1 (3–4): 137–151. Bibcode : 2004 Phbio ... 1..137a . doi : 10.1088/1478-3967/1/3/001 . PMID 16204833 . S2CID 16394428 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в Робинсон, Мартин; Эндрюс, Стивен С.; Эрбан, Радек (2015). «Многомасштабное моделирование реакции с Смольдом» . Биоинформатика . 31 (14): 2406–2408. doi : 10.1093/bioinformatics/btv149 . PMC 4495299 . PMID 25788627 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Эндрюс, Стивен С. (2019). «Моделирование на основе правил с использованием подстановочных знаков в симуляторе Smoldyn». Моделирование динамики биомолекулярной сайта . Методы в молекулярной биологии. Тол. 1945. С. 179–202. doi : 10.1007/978-1-4939-9102-0_8 . ISBN 978-1-4939-9100-6 Полем PMID 30945247 . S2CID 92998562 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в Сингх, Дилавар; Эндрюс, Стивен С. (2022). «Интерфейсы Python для симулятора Smoldyn». Биоинформатика . 38 (1): 291–293. doi : 10.1093/bioinformatics/btab530 . PMID 34293100 .
^ www .moldine .орг /Smoldynmanual .pdf
^ Эндрюс, Стивен С. (2009). «Точное моделирование на основе частиц адсорбции, десорбции и частичной передачи» . Физическая биология . 6 (4): 046015. Bibcode : 2009 Phbio ... 6d6015a . doi : 10.1088/1478-3975/6/4/046015 . PMC 2847898 . PMID 19910670 .
^ DeMatte, Lorenzo (2012). «Смолдин на графических единицах обработки: массово параллельные моделирование динамики Браун». IEEE/ACM транзакции по вычислительной биологии и биоинформатике . 9 (3): 655–667. doi : 10.1109/tcbb.2011.106 . PMID 21788675 . S2CID 14763924 .
^ Гладков, Денис V.; Альбертс, Самуил; Д'Суза, Рошан М.; Эндрюс, Стивен С. (2011). «Ускорение пространственной стохастической биохимической реакционной сети Smoldyn с использованием графических процессоров». Материалы 19 -й высокопроизводительной вычислительной симпозий .

Внешние ссылки

[Andrews_Arkin_2010-1] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и Эндрюс, Стивен С.; Адди, Натан Дж.; Брент, Роджер; Аркин, Адам П. (2010). «Подробное моделирование клеточной биологии со Смольдом 2.1» . PLOS Comput. Биол . 6 (3): E1000705. BIBCODE : 2010PLSCB ... 6E0705A . doi : 10.1371/journal.pcbi.1000705 . PMC 2837389 . PMID 20300644 .

[Andrews_2017-2] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон Эндрюс, Стивен С. (2017). «Смольдин: моделирование на основе частиц с моделированием на основе правил, улучшенным молекулярным взаимодействием и интерфейсом библиотеки» . Биоинформатика . 33 (5): 710–717. doi : 10.1093/bioinformatics/btw700 . PMID 28365760 .

[Andrews_Bray_2004-3] Jump up to: ^а ^{беременный} Эндрюс, Стивен С.; Брей, Деннис (2004). «Стохастическое моделирование химических реакций с пространственным разрешением и отдельной молекулой». Физическая биология . 1 (3–4): 137–151. Bibcode : 2004 Phbio ... 1..137a . doi : 10.1088/1478-3967/1/3/001 . PMID 16204833 . S2CID 16394428 .

[Robinson_Erban_2015-4] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в Робинсон, Мартин; Эндрюс, Стивен С.; Эрбан, Радек (2015). «Многомасштабное моделирование реакции с Смольдом» . Биоинформатика . 31 (14): 2406–2408. doi : 10.1093/bioinformatics/btv149 . PMC 4495299 . PMID 25788627 .

[Andrews_2019-5] Jump up to: ^а ^{беременный} Эндрюс, Стивен С. (2019). «Моделирование на основе правил с использованием подстановочных знаков в симуляторе Smoldyn». Моделирование динамики биомолекулярной сайта . Методы в молекулярной биологии. Тол. 1945. С. 179–202. doi : 10.1007/978-1-4939-9102-0_8 . ISBN 978-1-4939-9100-6 Полем PMID 30945247 . S2CID 92998562 .

[Singh_Andrews_2022-6] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в Сингх, Дилавар; Эндрюс, Стивен С. (2022). «Интерфейсы Python для симулятора Smoldyn». Биоинформатика . 38 (1): 291–293. doi : 10.1093/bioinformatics/btab530 . PMID 34293100 .

[7] www .moldine .орг /Smoldynmanual .pdf

[Andrews_2009-8] Эндрюс, Стивен С. (2009). «Точное моделирование на основе частиц адсорбции, десорбции и частичной передачи» . Физическая биология . 6 (4): 046015. Bibcode : 2009 Phbio ... 6d6015a . doi : 10.1088/1478-3975/6/4/046015 . PMC 2847898 . PMID 19910670 .

[9] DeMatte, Lorenzo (2012). «Смолдин на графических единицах обработки: массово параллельные моделирование динамики Браун». IEEE/ACM транзакции по вычислительной биологии и биоинформатике . 9 (3): 655–667. doi : 10.1109/tcbb.2011.106 . PMID 21788675 . S2CID 14763924 .

[10] Гладков, Денис V.; Альбертс, Самуил; Д'Суза, Рошан М.; Эндрюс, Стивен С. (2011). «Ускорение пространственной стохастической биохимической реакционной сети Smoldyn с использованием графических процессоров». Материалы 19 -й высокопроизводительной вычислительной симпозий .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]