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SAT変換を用いた制約充足問題の解法とシステム生物学への応用

利用 SAT 变换解决约束满足问题及其在系统生物学中的应用

基本信息

批准号：
10J02321
负责人：
宋剛秀
金额：
$ 0.9万
依托单位：
大学共同利用機関法人情報・システム研究機構(新領域融合研究センター及びライフサイ (2011)The Graduate University for Advanced Studies (2010)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

最終年度の報告として、これまでの研究成果について以下にまとめる。本研究では化学反応法則を満たしつつ入力代謝物集合から出力代謝物集合を生成可能なパスウェイを活性パスウェイ呼び、特にその包含関係において極小なものを極小活性パスウェイと呼ぶ。研究ではまず極小活性パスウェイを列挙する問題を極小活性パスウェイ同定問題として定義を行った。代謝パスウェイの解析を行う際には既存のデータから問題を構築する必要がある。そこで更新頻度において優れていることから、生物学的知識のデータベースEcoCyc(http://ecocyc.org/)から問題を構成して評価を行った。このデータから構成した問題をSAT技術によって解くために本研究では次の枠組みを用いた:(1)まず問題を命題論理式に符号化する、(2)SATソルバを漸増的に適用するインクリメンタルSAT解法を用いて符号化された命題論理式から極小モデルを計算する、(3)得られた極小モデルを逆符号化することで問題の解である極小活性パスウェイを得る。提案した問題および解法の評価のためにEcoCycのデータから極小活性パスウェイ同定問題を構成し、SAT技術を用いて解を求めた。結果として9個の極小活性パスウェイを同定し、その中の2個が生物学における既存の知識と一致したパスウェイ(参照パスウェイ)であることを確認している。また専門家との議論で提案された制約を命題論理式に追加することでより精緻なパスウェイを計算することに成功した。この成果は国内雑誌論文として発表を行った。また代謝パスウェイに対する解集合プログラミングを用いた解析研究についても国際会議の会議録で発表を行った。さらにより具体的な生物学の問題に適用するために、大腸菌における単一遺伝子ノックアウトの影響予測を極小活性パスウェイの同定によって行う手法の研究を国立遺伝学研究所の研究チームと共同して進めた。大腸菌の解糖系に対して計算機実験を行った結果,提案手法の予測が生物実験の結果とよく一致することを確認した。この成果は国際会議において発表を行った。

Final annual report on research results In this study, the law of chemical reaction is applied to the generation of active metabolites and active metabolites. Study the minimum activity of the problem and determine the problem. Metabolic analysis is necessary to solve existing problems. The frequency of updates, biological knowledge and the composition of problems are discussed. In this study, the following methods are used:(1) symbolizing the propositional logic formula of the problem;(2) applying the SAT solution gradually;(3) obtaining the propositional logic formula of the minimum problem;(4) symbolizing the propositional logic formula of the problem;(5) obtaining the solution of the problem of the minimum activity. The solution of the problem is evaluated by EcoCyc, and the solution of the problem is obtained by SAT. The results showed that 9 of the minimal activities were identical, and 2 of them were identical to the existing knowledge of biology. A proposal is made to add a logical formula to the table. The results of this study are listed in the table below. Metabolizing and analyzing the proceedings of international conferences The National Institute of Genetic Sciences is a joint research project for the application of specific biological problems such as Escherichia coli and the prediction of their effects. The results of the computer test for Escherichia coli were consistent with those of the biological test. The results of the international conference were presented.

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Finding Minimal Reaction Sets in Large Metabolic Pathways

寻找大代谢途径中的最小反应集

DOI：
发表时间：
2010
期刊：
Workshop on Constraint Based Methods for Bioinformatics (WCB 2010)
影响因子：
0
作者：
T.Soh;K.Inoue
通讯作者：
K.Inoue

Analyzing Pathways Using ASP-Based Approaches

使用基于 ASP 的方法分析路径

DOI：
10.1007/978-3-642-28067-2_10
发表时间：
2011
期刊：
Algebraic and Numeric Biology : Proceedings of the 2010 International Conference (ANB'10), Lecture Notes in Computer Science
影响因子：
0
作者：
Oliver Ray;Takehide Soh;Katsumi Inoue
通讯作者：
Katsumi Inoue

Predicting Gtene Knockout Effects by Minimal Pathway Enumeration

通过最小路径枚举预测 Gtene 敲除效应

DOI：
发表时间：
2012
期刊：
Proceeding of the 4th International Conference on Bioinformatics, Biocomputational Systems and Biotechnologies
影响因子：
0
作者：
Takehide Soh;Katsumi Inoue;Tomoya Baba;Toyoyuki Takada;Toshihiko Shiroishi
通讯作者：
Toshihiko Shiroishi

Enumerating Minimal Active Metabolic Pathways by Model Generation

通过模型生成枚举最小活跃代谢途径