BioDiVinE 2.0

Vývoj nástroje pro pokročilou analýzu stochastických biochemických systémů.
Pokud máte zájem o spolupráci, neváhejte kontaktovat Milana Češku.

Cíl projektu

Návrh a implementace nástroje, který umožní pokročilou automatickou analýzu stochastických biochemických systémů. Nástroj bude začleněn do kolekce nástrojů BioDiVinE, která v současné době obsahuje nástroje zaměřené na analýzu spojitých systémů popsaných diferenciálními rovnicemi a diskrétních sítí genové regulace. Cílem tohoto projektu je rozšířit BioDiVinE o možnost pokročilé analýzy stochastických biochemických modelů, která hraje klíčovou roli pro pochopení dějů v biochemických systémech obsahující malé počty molekul. Nástroj bude zejména umožňovat efektivní analýzu parametrických prostorů stochastických modelů vzhledem k platnosti zkoumaných hypotéz, které jsou specifikovány pomocí vhodné temporální logiky. Dále bude nástroj schopen efektivně vypočítat robustnost daného modelu, to jest schopnost zachovávat požadovanou funkcionalitu při změně jeho parametrů.

Současný stav

V rámci výzkumu v laboratoři Sybila, která bude zaštiťovat vývoj tohoto nástroje, byly navrženy nové techniky a algoritmy dovolující analýzu parametrických prostorů a výpočet robustnosti pomocí parametrizovaných spojitých Markovových řetězců (continuous time Markov chains – CTMCs). Tyto techniky a algoritmy byly implementovány jako prototypové rozšíření existujícího nástroje PRISM. Dále bylo provedeno experimentální vyhodnocení navržených postupů na biologicky motivovaných případových studiích. Experimenty potvrdily, že navržený postup umožňuje pokročilou analýzu stochastických biochemických systémů, ale rovněž ukázaly, že analýza reálných biologických systémů je časově extrémně náročná. Pro úspěšnou aplikaci tohoto přístupu je tedy klíčový vývoj nového nástroje, který umožní implementaci dalších optimalizací a heuristik a rovněž dovolí efektivní paralelizaci navržených algoritmů.

Konkrétní úkoly

  • rozšíření vhodného modelovacího jazyka, které umožní specifikovat parametry daného systému a jejich perturbace (změny), jejíchž vliv na chování systému bude analyzován
  • implementace základního algoritmu pro kvantitativní ověřování modelů (model checking) proti vhodnému fragmentu Continuous Stochastic Logic (CSL); algoritmus bude využívat datové struktury založené na řídkých maticích (sparse matrices); při jeho implementaci bude kladen důraz na jeho efektivitu a možnost jeho rozšíření o další optimalizace a heuristiky využívající dodatečné znalosti zkoumaných biochemických systémů
  • implementace algoritmů a technik pro efektivní analýzu parametrických prostorů a pro efektivní výpočet robustnost daného modelu; implementace bude využívat základní algoritmus pro CSL model checking
  • návrh a implementace dalších technik dovolujících akceleraci výpočtů
  • návrh a implementace efektivní paralelizace algoritmů
  • podrobné experimentálních vyhodnocení výsledného nástroje na biologicky relevantních případových studiích

Co požadujeme

  • schopnost algoritmického myšlení
  • dobrou znalost C++ (výpočetně náročné algoritmy budou implementovány v C++)
  • ochotu učit se novým věcem
  • znalost biologie není potřebná

Co nabízíme

  • aktivní zapojení do vývojových a částečně výzkumných prací v rámci laboratoře Sybila
  • vývoj nástroje v rámci projektu BioDiVinE, který má za cíl vytvořit prostředky pro formální analýzu komplexních biologických systémů
  • možnost vzniku bakalářské nebo diplomové práce
  • v případě odvedení kvalitní práce motivační finanční odměna formou podání studentského projektu financovaného FI či zapojení do specifického výzkumu financovaného MU

Kontakt

Pokud máte zájem o spolupráci, neváhejte kontaktovat Luboše Brima.

© 2009, SYBILA Laboratory, Faculty of Informatics, Masaryk University
Botanicka 68a 60200 Brno, Czech Republic / +420 549 495 990 / Fax: +420 549 491 820
For questions regarding this website, contact the sybila team.
Powered by DokuWiki