C-ImmSim

C-ImmSim на языке C стартовал в 1995 году как «версия» IMMSIM , симулятора системы IMMune, программы, написанной еще в 1991 году на языке APL-2 (APL2 — зарегистрированная торговая марка IBM Corp.) астрофизиком Филом Э. Сейден совместно с иммунологом Франко Селада для реализации модели Селады-Селады . Портирование в основном проводил и развивал Филиппо Кастильоне с помощью нескольких других людей.

Модель Селады-Зейдена

Модель Селады-Сейдена представляет собой логическое описание механизмов, формирующих адаптивный иммунный гуморальный и клеточный ответ на генетический антиген на мезоскопическом уровне.

Вычислительным аналогом модели Селады-Зейдена является код IMMSIM .

Модель Celada-Seiden, как и C-ImmSim, лучше всего рассматривать как совокупность моделей в одной программе. Фактически, существуют различные компоненты, реализующие ту или иную функцию, которую можно включать или выключать. На нынешнем этапе C-ImmSim включает в себя основные «основные факты» современных иммунологических знаний, например:

разнообразие конкретных элементов,
ограничение MHC,
клональная селекция по аффинности антигена,
образование Т-клеток в тимусе, процессинг и презентацию антигена (реализуются как цитозольный, так и эндоцитарный пути,
межклеточное сотрудничество,
гомеостаз клеток, создаваемый костным мозгом,
гипермутация антител,
созревание клеточных и гуморальных реакций и памяти.

Кроме того, антиген может представлять собой бактерию, вирус, аллерген или опухолевую клетку.

Высокая степень сложности модели Селады-Сейдена делает ее пригодной для моделирования различных иммунологических явлений, например, гипермутации антител, реакции зародышевого центра (ГЦР), иммунизации, селекции тимуса, вирусных инфекций, гиперчувствительности и т. д.

С момента первого выпуска C-ImmSim код менялся много раз. Актуальная версия теперь включает в себя функции, которых не было в исходной модели Celada-Seiden .

C-ImmSim недавно был адаптирован для имитации инфекции ВИЧ-1. Более того, он может имитировать иммунотерапию обычных солидных опухолей. Все эти функции присутствуют в коде, и люди могут включать и отключать их во время компиляции. Однако настоящее руководство пользователя посвящено описанию стандартной реакции иммунной системы и не дает никаких указаний на особенности ВИЧ-1 и рака.

Последняя версия C-ImmSim позволяет моделировать заражение SARS-CoV-2. . ^[1]

Авторы

Портирование стало возможным благодаря помощи Сейдена, особенно на начальном этапе проверки. Массимо Бернаски участвовал в разработке C-ImmSim, начиная с «бета-версии». Большая часть оптимизации использования памяти и ввода-вывода стала возможной благодаря Бернаски, в частности за разработку параллельной версии. Еще несколько человек внесли свой вклад в дальнейшее развитие кода в ближайшие годы.

Связанные проекты

Существуют и другие вычислительные модели, разработанные на основе модели Селады-Зейдена, которые произошли (в определенной степени) от первого перевода IMMSIM на язык C, выполненного Ф. Кастильоне. Это IMMSIM++, разработанный С. Кляйнштейном, IMMSIM-C, разработанный Р. Пузоне, Limmsim, разработанный Дж. Текстором, и SimTriplex, разработанный Паппалардо.

IMMSIM++, http://www.cs.princeton.edu/immsim/software.html
IMMSIM-C, http://www.immsim.org/
LImmSim, http://johannes-textor.name/limmsim.html
СимТриплекс

C-ImmSim был частично описан в ряде публикаций, но никогда подробно, отчасти из-за наличия других ссылок на код IMMSIM, которые также могли бы служить руководствами для C-ImmSim, отчасти потому, что сжимать код нецелесообразно. полное описание C-ImmSim в обычной статье.

IMMSIM , по замыслу авторов, была построена вокруг идеи разработки компьютеризированной системы для проведения экспериментов, аналогичных реальным лабораторным экспериментам in vivo и in vivo; инструмент, разработанный и поддерживаемый, чтобы помочь биологам проверять теории и гипотезы о том, как работает иммунная система. Они назвали это экспериментами «in Machina» или «in silico». IMMSIM был частично разработан с учетом образовательных возможностей такого рода инструментов, чтобы предоставить студентам курсов биологии/иммунологии возможность поиграть с иммунными механизмами и понять фундаментальные концепции клеточных и иммунных механизмов. /или молекулярные взаимодействия в иммунном ответе.

С этой целью IMMSIM++ был разработан для Microsoft Windows® и дает возможность изучить различные (но не все) особенности модели Селады-Зейдена. Однако, поскольку доступен только исполняемый файл, этот код не открыт для тестирования/разработки.

LImmSim доступен под лицензией GNU GPL.

SimTriplex — это модифицированная версия той же модели, основанная на версии 6 C-ImmSim. Он был разработан для моделирования иммунопрофилактики рака.

Ссылки

^ Кар, Т.; Нарсария, У.; Басак, С.; Деб, Д.; Кастильоне, Ф.; Мюллер, Д.; Шривастава, А (2020). «Кандидатная мультиэпитопная вакцина против SARS-CoV-2» . Научные отчеты . 10 (10895). Исследования природы: 10895. Бибкод : 2020NatSR..1010895K . дои : 10.1038/s41598-020-67749-1 . ПМЦ 7331818 . ПМИД 32616763 .

Рапен, Николас; Лунд, Оле; Бернаски, Массимо; Кастильоне, Филиппо (16 апреля 2010 г.). «Вычислительная иммунология встречается с биоинформатикой: использование инструментов прогнозирования молекулярного связывания при моделировании иммунной системы» . ПЛОС ОДИН . 5 (4). Публичная научная библиотека (PLoS): e9862. Бибкод : 2010PLoSO...5.9862R . дои : 10.1371/journal.pone.0009862 . ISSN 1932-6203 . ПМЦ 2855701 . ПМИД 20419125 .
Ф. Паппалардо, М. Пенниси, Ф. Кастильоне, С. Мотта. Оптимизация протоколов вакцинации: опыт in silico. Достижения биотехнологии. 28: 82–93 (2010). doi:10.1016/j.biotechadv.2009.10.001
П. Пачи, Р. Карелло, М. Бернаски, Г. Д'Официзи и Ф. Кастильоне. Иммунный контроль инфекции ВИЧ-1 после прерывания терапии: немедленная и отсроченная антиретровирусная терапия. БМК Инфекционные болезни. 9: 172 (2009). дои: 10.1186/1471-2334-9-172
Д. Сантони, М. Педичини, Ф. Кастильоне. Внедрение сети регуляторных генов для моделирования дифференцировки TH1/2 в агентной модели реакций гиперчувствительности. Биоинформатика, 24(11):1374–1380 (2008). doi:10.1093/биоинформатика/btn135
Ф. Кастильоне, Ф. Паппалардо, М. Бернаски, С. Мотта. Оптимизация ВААРТ с помощью генетических алгоритмов и агентных моделей ВИЧ-инфекции. Биоинформатика, 23(24): 3350–3355 (2007) doi: 10.1093/bioinformatics/btm408.
Ф. Кастильоне, К. А. Дука, А. Джарра, Р. Лаубенбахер, К. Лузуриага, Д. Хохберг и Д. А. Торли-Лоусон. Моделирование заражения вирусом Эпштейна-Барр с помощью C-ImmSim. Биоинформатика, 23: 1371–1377 (2007) doi: 10.1093/bioinformatics/btm044.
Ф. Паппалардо, П.-Л. Лоллини, Ф. Кастильоне, С. Мотта. Моделирование и моделирование вакцины для иммунопрофилактики рака. Биоинформатика, 15 июня 2005 г.; 21 (12): 2891–7. doi:10.1093/биоинформатика/bti426
Ф. Кастильоне, Ф. Тоски, М. Бернаски, С. Суччи, Р. Бенедетти, Б. Фалини и А. Лисо. Компьютерное моделирование иммунного ответа на опухолевые антигены: значение вакцинации. Дж. Тео Биол, 237(4):390-400 (2005).
Кастильоне, Филиппо; Почча, Фабрицио; Д'Официзи, Джанпьеро; Бернаски, Массимо (2004). «Мутация, приспособленность, вирусное разнообразие и прогностические маркеры прогрессирования заболевания в вычислительной модели ВИЧ-инфекции 1 типа». Исследования СПИДа и ретровирусы человека . 20 (12). Мэри Энн Либерт Инк: 1314–1323. дои : 10.1089/aid.2004.20.1314 . ISSN 0889-2229 . PMID 15650424 .
Ф. Кастильоне, В. Слейцер и З. Агур. Анализ гиперчувствительности к химиотерапии в модели клеточных автоматов иммунной системы, в «Моделировании и симуляции рака», Прециози Л. (редактор), Chapman & Hall/CRC Press (Великобритания), Лондон, 26 июня 2003 г., стр. 333–365.
Бернаски, М; Кастильоне, Ф (2002). «Отбор ускользающих мутантов от иммунного распознавания при ВИЧ-инфекции» . Иммунология и клеточная биология . 80 (3). Уайли: 307–313. дои : 10.1046/j.1440-1711.2002.01082.x . ISSN 0818-9641 . ПМИД 12067418 . S2CID 43177412 .
Бернаски, М.; Кастильоне, Ф. (2001). «Разработка и внедрение симулятора иммунной системы». Компьютеры в биологии и медицине . 31 (5). Эльзевир Б.В.: 303–331. дои : 10.1016/s0010-4825(01)00011-7 . ISSN 0010-4825 . ПМИД 11535199 .
Суччи, С.; Кастильоне, Ф.; Бернаски, М. (1 декабря 1997 г.). «Коллективная динамика реакции иммунной системы». Письма о физических отзывах . 79 (22). Американское физическое общество (APS): 4493–4496. Бибкод : 1997PhRvL..79.4493S . дои : 10.1103/physrevlett.79.4493 . ISSN 0031-9007 .
Кастильоне, Ф.; Бернаски, М.; Суччи, С. (1997). «Моделирование иммунного ответа на распределенном параллельном компьютере». Международный журнал современной физики C . 08 (3). World Scientific Pub Co Pte Lt: 527–545. Бибкод : 1997IJMPC...8..527C . дои : 10.1142/s0129183197000424 . ISSN 0129-1831 .
Кар, Т.; Нарсария, У.; Басак, С.; Деб, Д.; Кастильоне, Ф.; Мюллер, Д.; Шривастава, А (2020). «Кандидатная мультиэпитопная вакцина против SARS-CoV-2» . Научные отчеты . 10 (10895). Исследования природы: 10895. Бибкод : 2020NatSR..1010895K . дои : 10.1038/s41598-020-67749-1 . ПМЦ 7331818 . ПМИД 32616763 .

Внешние ссылки

«Филиппо Кастильоне» . iac.rm.cnr.it. Проверено 21 января 2020 г.
«Главная страница | Теоретическая иммунология в Медицинском центре Лангоне Нью-Йоркского университета» . immsimteam.med.nyu.edu . Проверено 21 января 2020 г.
http://www.cs.princeton.edu/immsim/software.html

[1] Кар, Т.; Нарсария, У.; Басак, С.; Деб, Д.; Кастильоне, Ф.; Мюллер, Д.; Шривастава, А (2020). «Кандидатная мультиэпитопная вакцина против SARS-CoV-2» . Научные отчеты . 10 (10895). Исследования природы: 10895. Бибкод : 2020NatSR..1010895K . дои : 10.1038/s41598-020-67749-1 . ПМЦ 7331818 . ПМИД 32616763 .

[1]