生体反応系解析用シミュレータBEST-KITの設計と開発

生物反应系统分析模拟器BEST-KIT的设计与开发

• 批准号: 03J61568
• 负责人: 吉村 淳
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03J61568/
• 关键词: バイオシミュレータ; コンピュータシミュレーション; パラメータフィッティング; 数値最適化; 代謝経路; バイオインフォマティクス; 遺伝的アルゴリズム; ハイブリッド法; 最適化; バイオインフォマティいクス

本研究では、九州大学大学院農学研究院生物機能制御学研究室で開発中である生化学反応系を手軽に解析することを目的としたコンピュータシミュレーションシステム"BEST-KIT" (http://www.best-kit.org/)上で、実験により得られたタイムコースデータをもとに、反応系内の値未知な速度パラメータ推定を行う最適化モジュールの開発を行い、いくつかのケーススタディを用いて採用した最適化手法の性能を評価したものである。数値最適化手法としては、修正パウエル法(MP)、遺伝的アルゴリズム(GA)に加えて、両者を組み合わせたハイブリッド法(GA+MP)を採用した。GAの世代交代モデルにはMGG (Minimal Generation Gap)とG3 (Generalized Generation Gap)の2手法を、交叉法にはUNDX (Unimodal Normal Distribution Crossover)、SPX (Simplex Crossover)、PCX (Parent-Centric Crossover)の3手法を採用し、それにMPを組み合わせたハイブリッド法を構築した。また、それぞれのハイブリッド法の性能を検証するため、3種の一般的なベンチマーク関数を用いたテストと、3種の酵素反応系のモデル系を用いたテストを行い、GAのみ、MPのみの結果との比較を行った。その結果、MGG+PCX+MPが成功回数、計算速度ともに優位である試行が多かった。ただし、評価値や個体の分布の推移の解析結果から、MGG+UNDX+MPでは探索初期の解の多様性が保たれており、パラメータ値が全く予測できない系ではこの手法が有効であることが示唆された。

This study was conducted in the Laboratory of Biofunctional Engineering, Graduate School of Agriculture, Kyushu University. The objective of this study was to analyze the biochemical reaction system and evaluate the performance of the reaction system by optimizing the speed of the reaction system. The number optimization method is adopted such as the correction method (MP), the genetic algorithm (GA), and the combination method (GA+MP). GA's generation accounting system consists of two methods: MGG (Minimal Generation Gap) and G3 (Generalized Generation Gap), and three methods: UNDX (Unimodal Normal Distribution Crossover), SPX (Simplex Crossover) and PCX (Parent-Centric Crossover). The performance of the enzyme system was tested, and the results of the enzyme system were compared with those of the enzyme system. The result, MGG+PCX+MP, successful return number, calculation speed, optimal position, trial and error. MGG+UNDX+MP is the solution of diversity in the initial stage of exploration. It is the solution of diversity in the initial stage of exploration.

项目成果

Jun Yoshimura, Tadahiro Shimonobou, Tatsuya Sekiguchi, Masahiro Okamoto: "Development of the parameter-fitting module for web-based biochemical reaction simulator BEST-KIT"Chem-Bio Informatics Journal. 3・3. 114-129 (2003)

Jun Yoshimura、Tadahiro Shimonobou、Tatsuya Sekiguchi、Masahiro Okamoto：“基于网络的生化反应模拟器 BEST-KIT 的参数拟合模块的开发”Chem-Bio Informatics Journal 3・3（2003）。