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Publicação
Revision of Boolean Logical Models of Biological Regulatory Networks using Answer-Set Programming
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
| 4.44 MB | Adobe PDF |
Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
Biological regulatory networks are one of the most prominent tools used to represent
complex, regulatory cellular processes. Creating computational models of these networks
is key to better comprehend the corresponding cellular processes, as they allow for the
reproduction of known behaviors, the testing of hypotheses, and the identification of
predictions in silico. However, given that the process of constructing and revising such
models is mainly a manual one, it is prone to error, and would therefore benefit from
automation.
An attempt at solving this problem has already been made using a mixture of Answer
Set Programming (ASP) and C++. The previous attempt automated the process of revising
these models, by using ASP to verify whether a Boolean logical model of a biological
regulatory network was consistent with a given set of experimental observations and, in
case of inconsistencies, used C++ to implement an algorithm capable of searching for
possible sets of repair operations to render the model consistent.
In our work we propose an alternative solution for this problem, a solution that fully
leverages ASP which, being a declarative language tailored for this type of difficult search
problems, has demonstrated to be a great tool to use both for consistency checking as
well as model repair. This is in view of the fact that ASP offers a more intuitive and
elaboration-tolerant programming style, which facilitates the processes of understanding,
and modifying the code behind the model revision process. This, coupled with the
powerful and exhaustively optimized solving capabilities provided by the state of the art
ASP system clingo, has shown that there is great potential in adopting a fully ASP-based
approach to aid in the automation of the revision of Boolean logical models.
In this thesis we present the tool that we have developed to automate the process of
revising Boolean logical models of Biological Regulatory Network(s) (BRN), which uses
ASP to search for inconsistencies and perform repairs on these models.
As redes reguladoras biológicas são das ferramentas mais proeminentes usadas para representar processos celulares regulatórios complexos. A criação de modelos computacionais destas redes é fundamental para entender melhor os processos celulares correspondentes, pois permitem reproduzir comportamentos conhecidos, testar hipóteses e identificar previsões in silico. Porém, dado que o processo de construção e revisão destes modelos é principalmente manual, torna-se propenso a erros e, logo, beneficiaria de automação. Já foi feita uma tentativa de resolução deste problema usando uma mistura de Programação por Conjuntos de Resposta (ASP) com C++. A tentativa anterior automatizou o processo de revisão destes modelos, usando ASP para verificar se um modelo lógico booleano de uma rede regulatória é consistente com um determinado conjunto de observações experimentais e, caso inconsistências se verifiquem, é utilizado um algoritmo desenvolvido em C++ capaz de encontrar possíveis conjuntos de operações de reparo para tornar o modelo consistente. No nosso trabalho, propomos uma solução alternativa para este problema, que tira completo partido da utilização ASP que, sendo uma linguagem declarativa adaptada a este tipo de problemas de busca difíceis, demonstrou ser uma excelente ferramenta a utilizar tanto para a verificação da consistência como para a reparação de modelos. Tal deve-se ao facto de ASP oferecer um estilo de programação mais intuitivo e tolerante à elaboração, o que facilita os processos de compreensão, e a modificação do código por detrás do processo de revisão de modelos. Isto, juntamente com as poderosas e otimizadas capacidades de resolução de problemas de busca oferecidas pelo sistema ASP de última geração clingo, demonstrou que existe um grande potencial na adopção de um sistema totalmente baseado em ASP para ajudar na automatização da revisão destes modelos. Nesta tese apresentamos a ferramenta que desenvolvemos para automatizar o processo de revisão de modelos lógicos booleanos de redes reguladoras biológicas (BRN), que utiliza ASP para procurar inconsistências e efectuar reparações nestes modelos.
As redes reguladoras biológicas são das ferramentas mais proeminentes usadas para representar processos celulares regulatórios complexos. A criação de modelos computacionais destas redes é fundamental para entender melhor os processos celulares correspondentes, pois permitem reproduzir comportamentos conhecidos, testar hipóteses e identificar previsões in silico. Porém, dado que o processo de construção e revisão destes modelos é principalmente manual, torna-se propenso a erros e, logo, beneficiaria de automação. Já foi feita uma tentativa de resolução deste problema usando uma mistura de Programação por Conjuntos de Resposta (ASP) com C++. A tentativa anterior automatizou o processo de revisão destes modelos, usando ASP para verificar se um modelo lógico booleano de uma rede regulatória é consistente com um determinado conjunto de observações experimentais e, caso inconsistências se verifiquem, é utilizado um algoritmo desenvolvido em C++ capaz de encontrar possíveis conjuntos de operações de reparo para tornar o modelo consistente. No nosso trabalho, propomos uma solução alternativa para este problema, que tira completo partido da utilização ASP que, sendo uma linguagem declarativa adaptada a este tipo de problemas de busca difíceis, demonstrou ser uma excelente ferramenta a utilizar tanto para a verificação da consistência como para a reparação de modelos. Tal deve-se ao facto de ASP oferecer um estilo de programação mais intuitivo e tolerante à elaboração, o que facilita os processos de compreensão, e a modificação do código por detrás do processo de revisão de modelos. Isto, juntamente com as poderosas e otimizadas capacidades de resolução de problemas de busca oferecidas pelo sistema ASP de última geração clingo, demonstrou que existe um grande potencial na adopção de um sistema totalmente baseado em ASP para ajudar na automatização da revisão destes modelos. Nesta tese apresentamos a ferramenta que desenvolvemos para automatizar o processo de revisão de modelos lógicos booleanos de redes reguladoras biológicas (BRN), que utiliza ASP para procurar inconsistências e efectuar reparações nestes modelos.
Descrição
Palavras-chave
Answer Set Programming (A)Synchronous Dynamics Boolean Logical Models Model Revision Regulatory Networks Stable States