ГеноCAD
 | |
| Первоначальный выпуск | 30 августа 2007 г. |
|---|---|
| Стабильная версия | 2.3.1 / 11 января 2014 г |
| Репозиторий | |
| Написано в | PHP JavaScript C++ MySQL |
| Тип | Компьютерное проектирование Биоинформатика |
| Лицензия | Апач v2.0 |
| Веб-сайт | генокад |
GenoCAD — один из первых инструментов компьютерного проектирования для синтетической биологии . [1] Программное обеспечение представляет собой инструмент биоинформатики, разработанный и поддерживаемый GenoFAB, Inc.. GenoCAD облегчает проектирование векторов экспрессии белков, искусственных генных сетей и других генетических конструкций для генной инженерии и основан на теории формальных языков . [2]
История
[ редактировать ]GenoCAD возник как ответвление попытки формализовать функциональные ограничения генетических конструкций с помощью теории формальных языков . , в качестве доказательства концепции был создан веб-сайт genocad.org (ныне вышедший из эксплуатации) В 2007 году исследователями из Института биоинформатики Вирджинии , Технологический институт Вирджинии . Используя веб-сайт, пользователи могли создавать гены, неоднократно заменяя генетические конструкции высокого уровня генетическими конструкциями более низкого уровня и, в конечном итоге, реальными последовательностями ДНК . [2]
31 августа 2009 года Национальный научный фонд предоставил трехлетний грант в размере 1 421 725 долларов США доктору Жану Пекку, доценту Института биоинформатики Вирджинии Технологического института Вирджинии , на разработку GenoCAD. [3] GenoCAD разрабатывался и продолжает разрабатываться GenoFAB, Inc. , компанией, основанной Пеккудом (в настоящее время директором по безопасности и исполняющим обязанности генерального директора ), который также был одним из авторов первоначального исследования. [2]
Исходный код GenoCAD был первоначально выпущен на SourceForge в декабре 2009 года. [4]
Версия GenoCAD 2.0 была выпущена в ноябре 2011 года и включала возможность моделирования поведения разработанного генетического кода. Эта функция стала результатом сотрудничества с командой COPASI . [5]
В апреле 2015 года Пеккуд и его коллеги опубликовали библиотеку биологических частей под названием GenoLIB. [6] который может быть встроен в платформу GenoCAD. [7]
Цели
[ редактировать ]Четыре цели проекта заключаются в разработке: [8]
- компьютерный язык для представления структуры синтетических молекул ДНК, используемых в E.coli , дрожжах , мышах и Arabidopsis thaliana. клетках
- компилятор, способный переводить последовательности ДНК в математические модели для предсказания закодированного фенотипа.
- среда совместного рабочего процесса, которая позволяет обмениваться деталями, проектами, производственными ресурсами
- означает передачу результатов сообществу пользователей через внешний консультативный совет, ежегодную конференцию пользователей и работу с промышленностью.
Функции
[ редактировать ]Основные функции GenoCAD можно разделить на три основные категории. [9]
- Управление генетическими последовательностями . Цель этой группы функций — помочь пользователям идентифицировать в больших коллекциях генетических частей части, необходимые для проекта, и организовать их в библиотеки для конкретного проекта.
- Генетические части : Части имеют уникальный идентификатор, имя и более общее описание. У них также есть последовательность ДНК . Части связаны с грамматикой и отнесены к такой категории частей, как промотор , ген и т. д.
- Библиотеки деталей . Коллекции деталей организованы в библиотеки. В некоторых случаях библиотеки частей соответствуют частям, импортированным из одного источника, например из другой базы данных последовательностей . В других случаях библиотеки соответствуют деталям, используемым в конкретном дизайн-проекте. Части можно перемещать из одной библиотеки в другую через зону временного хранения, называемую корзиной (аналог тележек для покупок в электронной коммерции).
- Поиск запчастей : Пользователи могут осуществлять поиск в базе данных запчастей с помощью поисковой системы Lucene . Доступны базовый и расширенный режимы поиска. Пользователи могут разрабатывать сложные запросы и сохранять их для повторного использования в будущем.
- Импорт/экспорт частей : Части можно импортировать и экспортировать по отдельности или в виде целых библиотек, используя стандартные форматы файлов (например, GenBank , с разделителями табуляцией , FASTA , SBML ).
- Объединение последовательностей в генетические конструкции . Целью этой группы функций является оптимизация процесса объединения генетических частей в проекты, соответствующие определенной стратегии проектирования.
- Инструмент проектирования «укажи и щелкни» . Этот мастер помогает пользователю принять ряд проектных решений, определяющих структуру проекта и выбор деталей, включенных в проект.
- Управление дизайном . Дизайны можно сохранять в рабочей области пользователя . Статусы проектов регулярно обновляются, чтобы предупреждать пользователей о последствиях редактирования деталей ранее сохраненных проектов.
- Экспорт дизайнов : Дизайны можно экспортировать, используя стандартные форматы файлов (например, GenBank , с разделителями табуляцией , FASTA ).
- Безопасность проектирования . Проекты защищены от некоторых типов ошибок, заставляя пользователя следовать соответствующей стратегии проектирования.
- Моделирование . Последовательности, разработанные в GenoCAD, можно моделировать для отображения химического производства в полученной ячейке. [10]
- Рабочее пространство пользователя : пользователи могут персонализировать свое рабочее пространство , добавляя детали в базу данных GenoCAD, создавая специализированные библиотеки, соответствующие конкретным дизайнерским проектам, и сохраняя проекты на разных стадиях разработки.
Теоретическая основа
[ редактировать ]GenoCAD основан на теории формальных языков ; в частности, правила проектирования, описывающие, как комбинировать различные виды частей и формировать контекстно-свободные грамматики . [2]
Контекстно-свободная грамматика может определяться ее терминалами, переменными, начальной переменной и правилами подстановки. [11] В GenoCAD окончания грамматики представляют собой последовательности ДНК , выполняющие определенную биологическую задачу (например, промотор ). Переменные менее однородны: они могут представлять собой более длинные последовательности, имеющие множество функций, или могут представлять собой участок ДНК, который может содержать одну из множества различных последовательностей ДНК, но выполнять одну и ту же функцию (например, переменная представляет собой набор промоторов). GenoCAD включает встроенные правила замены, гарантирующие биологическую жизнеспособность последовательности ДНК. Пользователи также могут определять свои собственные наборы правил для других целей.
Проектирование последовательности ДНК в GenoCAD во многом похоже на создание вывода в контекстно-свободной грамматике. Пользователь начинает с начальной переменной и неоднократно выбирает переменную и замену для нее, пока не останутся только терминалы. [2]
Альтернативы
[ редактировать ]Наиболее распространенными альтернативами GenoCAD являются Proto, GEC и EuGene. [12]
| Инструмент | Преимущества | Недостатки |
|---|---|---|
| ПОЗДНО |
| |
| Евгений |
|
|
| Поэтому |
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Бил, Джейкоб; Филлипс, Эндрю; Денсмор, Дуглас; Цай, Ижи (2011). «Языки программирования высокого уровня для биомолекулярных систем». В Кеппле, Хайнц; Денсмор, Дуглас; Сетти, Джанлука; ди Бернардо, Марио (ред.). Проектирование и анализ биомолекулярных цепей . Нью-Йорк Дордрехт Гейдельберг Лондон: Springer. п. 241. дои : 10.1007/978-1-4419-6766-4 . ISBN 978-1-4419-6765-7 .
- ^ Jump up to: а б с д и Цай Ю; Хартнетт Б; Густафссон С; Пекку Дж (2007). «Синтаксическая модель для разработки и проверки синтетических генетических конструкций, полученных из стандартных биологических частей». Биоинформатика . 23 (20): 2760–7. doi : 10.1093/биоинформатика/btm446 . ПМИД 17804435 .
- ^ Джоди Льюис (14 сентября 2009 г.). «Национальный научный фонд выделил 1,4 миллиона долларов на разработку GenoCAD» . Архивировано из оригинала 11 июня 2015 года . Проверено 7 октября 2013 г.
- ^ «Код ГеноCAD» . Сорсфордж . Проверено 8 октября 2013 г.
- ^ Уилсон, Мэнди. «Примечания к выпуску GenoCAD» . Лаборатория Пеккуд . Архивировано из оригинала 13 октября 2013 года . Проверено 8 октября 2013 г.
- ^ Адамес, Нил; Уилсон, Мэнди; Клык, Банда; Люкс, Мэтью; Глик, Бенджамин; Пекку, Жан (29 апреля 2016 г.). «GenoLIB: база данных биологических частей, полученных из библиотеки общих свойств плазмид» . Исследования нуклеиновых кислот . 43 (10): 4823–32. дои : 10.1093/nar/gkv272 . ПМЦ 4446419 . ПМИД 25925571 .
- ^ Адамес Н., Уилсон М., Фанг Г., Люкс М., Глик Б., Пеккуд Дж. (2015). «GenoLIB: база данных биологических частей, полученных из библиотеки общих свойств плазмид» . Исследования нуклеиновых кислот . 43 (10): 4823–32. дои : 10.1093/nar/gkv272 . ПМЦ 4446419 . ПМИД 25925571 .
- ^ Жан Пекку (21 июня 2013 г.). «GenoCAD: компьютерный дизайн синтетической ДНК» . Архивировано из оригинала 7 июля 2013 года . Проверено 7 октября 2013 г.
- ^ Уилсон М.Л.; Герцберг Р; Адам Л; Пекку Дж (2011). «Пошаговое введение в проектирование синтетических генетических конструкций на основе правил с использованием GenoCAD». Синтетическая биология, Часть B — Компьютерный дизайн и сборка ДНК . Методы энзимологии. Том. 498. стр. 173–88. дои : 10.1016/B978-0-12-385120-8.00008-5 . ISBN 9780123851208 . ПМИД 21601678 .
- ^ Кай, Ю.; Люкс, МВт; Адам, Л.; Пекку, Дж. (2009). Сауро, Герберт М. (ред.). «Моделирование структурно-функциональных отношений в синтетических последовательностях ДНК с использованием атрибутивных грамматик» . PLOS Вычислительная биология . 5 (10): е1000529. Бибкод : 2009PLSCB...5E0529C . дои : 10.1371/journal.pcbi.1000529 . ПМЦ 2748682 . ПМИД 19816554 .
- ^ Сипсер, Майкл (2013). Введение в теорию вычислений, третье издание . Бостон, Массачусетс, США: Cengage Learning. п. 104. ИСБН 978-1-133-18779-0 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Хабиби, Н., Мохд Хашим, С.З., Родригес, Калифорния, и Самиан, М.Р. (2013). Обзор САПР, языков и моделей данных для синтетической биологии. Журнал Технологии, 63(1).
- ^ Педерсен, М. (2010). Модульные языки для системной и синтетической биологии.