Создание SBGN модели

К моделям, испольщующим SBGN нотацию, относятся следующие типы диаграмм:

• Модель SBML в нотации SBGN (SBML in SBGN notation);

• Иерархическая модель SBML в нотации SBGN (SBML comp in SBGN notation).

Примечание

Создание иерархической модели будет подробно обсуждаться в следующем разделе

На примере простейшей ферментативной реакции реакции разберем создание SBGN модели (Рисунок 1).

Рисунок 1. SBGN диаграмма простейшей ферментативной реакции. Фермент (E1) катализирует метаболический процесс, в ходе которого потребляется субстрат (S1) и образуется продукт (S2).

1. Для создания новой диаграммы, во вкладке Data области репозитория выберите проект и нажмите правой кнопкой мыши на нужную папку, в которой планируется создание диаграммы. В выпадающем списке нажмите на поле New diagram. Далее в открывшемся окне выберите соответствующий тип диаграммы.

2. Добавьте на диаграмму компартмент путем нажатия на иконку . Присвойте компартменту идентификатор (cell) и заголовок (cell) в полях name и title, соответственно.

Предупреждение

Заголовок будет отображаться на диаграмме и может не соответствовать идентификатору элемента. После того, как компартмент/сущность создана, заголовок подлежит изменению, а идентификатор нет.

3. Добавьте сущности в компартмент. Для этого нажмите на иконку на панели инструментов и затем на компартмент на диаграмме. В открывщемся окне присвойте сущности идентификатор и заголовок таким же образом, как и для компартмента. Далее выберите нужный тип сущности в поле sbgb:enityType (Рисунок 2).

Ферменту (Е1) соответствует тип сущности - макромолекула (macromolecule), а субстрату (S1) и продукту (S2) - простое химическое вещество (simple chemical).

Примечание

Местоположение элементов на диаграмме можно изменять посредством зажатия узла левой кнопкой мыши и перемещением в другое место на полотне

Рисунок 2. Пример создания сущности в веб-версии BioUML - создание макромолекулы - фермента Е1

Примечание

При создании сущности создается переменная, описывающая концентрацию или количество вещества соответствующей сущности. Идентификатор переменной образуется путем добавления “$” перед заданным ранее идентификатором сущности. Если сущность принадлежит компартменту, то имя переменной будет содержать и название компартмента, например, $compartment.entity. Присвоенное имя переменной будет указано во вкладке Info (инспектор свойств) в области информационного окна в поле Role - VariableRole.

4. Добавьте процесс - ферментативную реакцию. Для создания реакции нажмите на иконку , расположенную на панели инструментов. В открывшемся окне в поле Reaction name введите идентификатор реакции.

Компоненты реакции добавляются путем нажатия на ранее созданную сущность на диаграмме, выбора ее роли в поле Role и нажатия на кнопку Add. При добавлении компонентов реакции в столбце Variable указывается идентификатор переменной (Рисунок 3).

В этой реакции фермент (E1) будет модификатором (modifier), субстрат (S1) - реактантом (reactant) и продукт (S2) - продуктом реакции (product).

Рисунок 3. Создание ферментативной реакции

5. Добавьте формулу. Формулу можно добавить в открывшемся окне при создании реакции в поле Formula либо в дополнительных свойствах реакции в опциях Kinetic law в поле Formula. Для открытия дополнительных свойств реакции нажмите правой кнопкой мыши на узел, соответствующий процессу и перейдите в опции Edit.

Предупреждение

При создании формулы учитывайте, что идентификатор переменной включает знак «$», а перед параметром он не ставится. Для возведения в степень используется оператор «^», деления - «/», умножения - «*», «+» и «-» для сложения и вычитания, соответственно.

Для данной реакции формула записывается следующим образом : k_cat*$cell.E1*$cell.S1, где k_cat - параметр, соответствующий каталитической константе - величине, показывающей эффективность превращения субстрата в активном центре фермента; $cell.E1 и $cell.S1 - переменные, описывающие концентрацию фермента и субстрата, соответственно.

6. Добавьте начальные значения для переменных и параметров. После введения формулы внесенные параметры добавляются в области поля операций во вкладке Model на горизонтальной панели и в открывшемся окне на вертикальной панели во вкладке Variables. Значение параметра выставляется в столбце Initial value (Рисунок 4).

Рисунок 4. Добавление значений параметров

Начальное значение для переменных добавляется во вкладке Entities на вертикальной панели Model в столбце Initial value (Рисунок 5).

Рисунок 5. Добавление начальных значений для переменных

Предупреждение

Так как фермент не расходуется и не изменяется в ходе реакции (в отличие от субстрата), для переменной, соответствующей ферменту в столбце Constant ставится флаг.

7. Создайте график, отражающий результаты численного расчета модели. Для того, чтобы добавить переменную (переменные), перейдите во вкладку Simulation и затем в Plot (Рисунок 6).

Рисунок 6. Создание графика

В опциях графика перейдите в [1] Plot и затем в Curves добавляются переменные. В Title выберите нужную переменную из выпадающего списка (Рисунок 7).

Рисунок 7. Добавление переменной на график

5. Запустите численный расчет модели. Для этого в области поля операций на горизонтальной панели выберите вкладку Simulation и на вертикальной панели - Engine.

В поле Selected engine выберите инструмент для численных расчетов модели - ODE Simulation enпgine. В Java simulation engine обозначьте начальное время расчетов в поле Initial time; шаг, с которым будут сохраняться или выводиться на график результаты в поле Time increment, а также конечное время в поле Completion time (Рисунок 8).

Рисунок 8. Задание опций для численного расчета

Для того, чтобы запустить симуляцию модели, сначала сохраните выбранные опции для симуляции, путем нажатия на иконку , расположенную в верхней части поля операций, и затем нажмите на иконку . После окончания численного расчета модели в открывшемся окне будет отображен график результатов (Рисунок 9).

Рисунок 9. График, отображающий изменение концентрации продукта реакции (S2)