GenoCAD - GenoCAD

GenoCAD
Логотип GenoCAD
изначальный выпуск30 августа 2007 г. (2007-08-30)
Стабильный выпуск
2.3.1 / 11 января 2014 г.; 6 лет назад (2014-01-11)
Репозиторий
Отредактируйте это в Викиданных
Написано вPHP JavaScript C ++ MySQL
ТипСистемы автоматизированного проектирования Биоинформатика
ЛицензияApache v2.0
Интернет сайтгеноад.com

GenoCAD один из самых ранних компьютерный дизайн инструменты для синтетическая биология.[1] Программное обеспечение представляет собой инструмент биоинформатики, разработанный и поддерживаемый GenoFAB, Inc.. GenoCAD облегчает разработку векторов экспрессии белков, искусственных генных сетей и других генетических конструкций для генная инженерия и основан на теории формальные языки.[2] GenoCAD можно использовать онлайн, зайдя на клиентский портал GenoFAB по адресу https://genofab.com/.

История

GenoCAD возник как ответвление попытки формализовать функциональные ограничения генетических конструкций с использованием теории формальные языки. В 2007 году веб-сайт genocad.org (ныне закрытый) был создан в качестве доказательства концепции исследователями из Институт биоинформатики Вирджинии, Технологический институт Вирджинии. Используя веб-сайт, пользователи могли создавать гены, многократно заменяя генетические конструкции высокого уровня генетическими конструкциями более низкого уровня и, в конечном итоге, реальными ДНК последовательности.[2]

31 августа 2009 г. Национальный научный фонд предоставил трехлетний грант в размере 1 421 725 долларов доктору Жану Пекку, доценту Институт биоинформатики Вирджинии в Технологический институт Вирджинии, для разработки GenoCAD.[3] GenoCAD был и продолжает разрабатываться GenoFAB, Inc., компания, основанная Peccoud (в настоящее время ОГО и действующий Исполнительный директор ), который также был одним из авторов первоначального исследования.[2]

Исходный код GenoCAD изначально был выпущен Sourceforge в декабре 2009 г.[4]

GenoCAD версии 2.0 был выпущен в ноябре 2011 года и включал возможность моделирования поведения разработанного генетического кода. Эта функция стала результатом сотрудничества с командой разработчиков КОПАСИ.[5]

В апреле 2015 года Пеккуд и его коллеги опубликовали библиотеку биологических частей под названием GenoLIB,[6] который может быть включен в платформу GenoCAD.[7]

Цели

Четыре цели проекта заключаются в разработке:[8]

  1. компьютерный язык для представления структуры синтетических молекул ДНК, используемых в Кишечная палочка, дрожжи, мышей, и Arabidopsis thaliana клетки
  2. компилятор, способный переводить последовательности ДНК в математические модели для предсказания закодированного фенотипа
  3. среда совместного рабочего процесса, которая позволяет обмениваться деталями, проектами, производственными ресурсами
  4. означает передачу результатов сообществу пользователей через внешний консультативный совет, ежегодную конференцию пользователей и работу с отраслью.

особенности

Основные функции GenoCAD можно разделить на три основные категории.[9]

Рабочий процесс GenoCAD
  • Управление генетическими последовательностями: Цель этой группы функций - помочь пользователям идентифицировать в больших коллекциях генетических частей части, необходимые для проекта, и организовать их в библиотеках для конкретных проектов.
    • Генетические части: Детали имеют уникальный идентификатор, имя и более общее описание. У них также есть Последовательность ДНК. Детали связаны с грамматика и отнесен к категории запчастей, такой промоутер, ген, так далее.
    • Библиотеки деталей: Коллекции деталей организованы в библиотеки. В некоторых случаях библиотеки деталей соответствуют деталям, импортированным из одного источника, например из другого. база данных последовательностей. В остальных случаях библиотеки соответствуют частям, используемым для конкретного дизайн-проекта. Детали можно перемещать из одной библиотеки в другую с помощью области временного хранения, называемой тележкой (аналог тележек электронной коммерции).
    • Поиск запчастей: Пользователи могут искать в базе данных деталей, используя Lucene поисковый движок. Доступны базовый и расширенный режимы поиска. Пользователи могут разрабатывать сложные запросы и сохранять их для дальнейшего использования.
    • Импорт / экспорт деталей: Детали можно импортировать и экспортировать по отдельности или в виде целых библиотек с использованием стандартных форматов файлов (например, GenBank, с разделителями табуляции, ФАСТА, SBML ).
  • Объединение последовательностей в генетические конструкции: Цель этой группы функций - упростить процесс объединения генетических частей в конструкции, соответствующие определенной стратегии проектирования.
    • Инструмент для проектирования с помощью мыши: Эта волшебник направляет пользователя через серию дизайнерских решений, которые определяют структуру дизайна и выбор частей, включенных в дизайн.
    • Управление дизайном: Дизайны могут быть сохранены в пользовательском рабочая среда. Статусы проектов регулярно обновляются, чтобы предупреждать пользователей о последствиях редактирования деталей для ранее сохраненных проектов.
    • Экспорт дизайнов: Дизайн можно экспортировать с использованием стандартных форматов файлов (например, GenBank, с разделителями табуляции, ФАСТА ).
    • Безопасность конструкции: Дизайн защищен от некоторых типов ошибок, заставляя пользователя следовать соответствующей стратегии дизайна.
    • Моделирование: Последовательности, разработанные в GenoCAD, можно моделировать для отображения химической продукции в полученной ячейке.[10]
  • Рабочее пространство пользователя: Пользователи могут персонализировать свои рабочая среда добавляя детали в базу данных GenoCAD, создавая специализированные библиотеки, соответствующие конкретным дизайн-проектам, и сохраняя дизайны на разных этапах разработки.

Теоретическая основа

GenoCAD основан на теории формальные языки; в частности, правила проектирования, описывающие, как комбинировать разные виды деталей и формы контекстно-свободные грамматики.[2]

Грамматика без контекста может быть определена с помощью терминалов, переменных, начальной переменной и правил подстановки.[11] В GenoCAD терминалы грамматики представляют собой последовательности ДНК которые выполняют конкретную биологическую цель (например, промоутер ). Переменные менее однородны: они могут представлять более длинные последовательности, которые выполняют несколько функций, или могут представлять участок ДНК, который может содержать одну или несколько различных последовательностей ДНК, но выполнять ту же функцию (например, переменная представляет собой набор промоторов). GenoCAD включает встроенные правила замены для обеспечения биологической жизнеспособности последовательности ДНК. Пользователи также могут определять свои собственные наборы правил для других целей.

Создание последовательности ДНК в GenoCAD во многом похоже на создание производной в контекстно-свободной грамматике. Пользователь начинает с начальной переменной и многократно выбирает переменную и замену для нее, пока не останутся только терминалы.[2]

Альтернативы

Наиболее распространенные альтернативы GenoCAD - Proto, GEC и EuGene.[12]

Орудие трудаПреимуществаНедостатки
GEC
  • Дизайнеру необходимо знать только основные типы деталей и определять ограничения. [12]
  • Не поддерживается SBOL[13]
EuGene
  • Взаимодействие с другими инструментами моделирования и сборки[12]
Прото
  • Выбор молекул и последовательностей может производиться другими программами.[12]
  • Возможность интеграции с некоторыми другими языками[12]
  • Относительно сложно научиться [12]
  • Результаты менее эффективны [1]

использованная литература

  1. ^ а б Бил, Джейкоб; Филлипс, Эндрю; Денсмор, Дуглас; Цай, Ижи (2011). «Языки программирования высокого уровня для биомолекулярных систем». В Кеппле, Хайнце; Денсмор, Дуглас; Сетти, Джанлука; ди Бернардо, Марио (ред.). Дизайн и анализ биомолекулярных цепей. Нью-Йорк Дордрехт Гейдельберг Лондон: Спрингер. п. 241. Дои:10.1007/978-1-4419-6766-4. ISBN  978-1-4419-6765-7.
  2. ^ а б c d е Cai Y; Hartnett B; Gustafsson C; Пекко Дж. (2007). «Синтаксическая модель для разработки и проверки синтетических генетических конструкций, полученных из стандартных биологических частей». Биоинформатика. 23 (20): 2760–7. Дои:10.1093 / биоинформатика / btm446. PMID  17804435.
  3. ^ Джоди Льюис (14 сентября 2009 г.). «Национальный научный фонд выделяет 1,4 миллиона долларов на разработку GenoCAD». Архивировано из оригинал 11 июня 2015 г.. Получено 7 октября, 2013.
  4. ^ «Код GenoCAD». Sourceforge. Получено 8 октября 2013.
  5. ^ Уилсон, Мэнди. «Примечания к выпуску GenoCAD». Peccoud Lab. Архивировано из оригинал 13 октября 2013 г.. Получено 8 октября 2013.
  6. ^ Адамес, Нил; Уилсон, Мэнди; Клык, банда; Люкс, Мэтью; Глик, Бенджамин; Пекко, Жан (29 апреля 2016 г.). «GenoLIB: база данных биологических частей, полученных из библиотеки общих характеристик плазмид». Исследования нуклеиновых кислот. 43 (10): 4823–32. Дои:10.1093 / nar / gkv272. ЧВК  4446419. PMID  25925571.
  7. ^ Адамес Н., Уилсон М., Фанг G, Люкс М., Глик Б., Пеккоуд Дж. (2015). «GenoLIB: база данных биологических частей, полученных из библиотеки общих характеристик плазмид». Исследования нуклеиновых кислот. 43 (10): 4823–32. Дои:10.1093 / nar / gkv272. ЧВК  4446419. PMID  25925571.
  8. ^ Жан Пекку (21 июня 2013 г.). «GenoCAD: компьютерный дизайн синтетической ДНК». Архивировано из оригинал 7 июля 2013 г.. Получено 7 октября, 2013.
  9. ^ Wilson ML; Hertzberg R; Adam L; Пекко Дж. (2011). «Пошаговое введение в основанный на правилах дизайн синтетических генетических конструкций с использованием GenoCAD». Методы Энзимол. Методы в энзимологии. 498: 173–88. Дои:10.1016 / B978-0-12-385120-8.00008-5. ISBN  9780123851208. PMID  21601678.
  10. ^ Cai, Y .; Lux, M. W .; Adam, L .; Пекко, Дж. (2009). Сауро, Герберт М. (ред.). «Моделирование структурно-функциональных взаимосвязей в синтетических последовательностях ДНК с использованием грамматик атрибутов». PLoS вычислительная биология. 5 (10): e1000529. Bibcode:2009PLSCB ... 5E0529C. Дои:10.1371 / journal.pcbi.1000529. ЧВК  2748682. PMID  19816554.
  11. ^ Сипсер, Майкл (2013). Введение в теорию вычислений, третье издание. Бостон, Массачусетс, США: Cengage Learning. п. 104. ISBN  978-1-133-18779-0.
  12. ^ а б c d е ж г час Хабиби, Н., Мохд Хашим, С. З., Родригес, К. А., и Самиан, М. Р. (2013). Обзор CAD, языков и моделей данных для синтетической биологии. Jurnal Teknologi, 63 (1).
  13. ^ Педерсен, М. (2010). Модульные языки для систем и синтетической биологии.

внешние ссылки