Аннотация. Генные сети, контролирующие экспрессию генов, играют первейшую роль в детерминации эпигенетических и биохимических свойств клеток. В то же время взаимосвязанность генных сетей с сетями других типов и уровней требует подходов, учитывающих эту комплексность. В статье данная проблема решается в аспекте вложенности генных сетей в клетки, которые сами являются узлами сети более высокого уровня, а именно клеточного ансамбля. Созданы информационные модели (объектная, реляционная и объектно-реляционная) управляющей генной сети над генетическими блоками, а также модели клеточного ансамбля как сети над клеточными управляющими генными сетями. Объединенная двухуровневая модель описывает генно-сетевые структуры в составе клеточных ансамблей с динамическими характеристиками основных молекулярно-генетических процессов. На основе моделей разработана платформа SETIES для исследования in silico молекулярно-генетических систем управления экспрессией генов про- и эукариот. Платформа включает в себя программные компоненты для дизайна и визуализации клеточных и межклеточных генных сетей, автоматического построения их математических моделей, моделирования сетевой динамики в бесклеточных системах, в клеточных линиях и клональных клеточных популяциях, а также в клеточных ансамблях с постоянной и динамической структурой. Счетные модули реализуют формализм обобщенных пороговых моделей, сочетающий в себе преимущества дискретных и непрерывных методов моделирования этих систем. Среди решаемых задач – построение диаграмм активности генов во времени, расчет кинетических кривых для концентраций мРНК и белков, выявление паттернов генной экспрессии как функциональных состояний генной сети, оценка параметрической устойчивости режимов, моделирование механизмов эпигенетического наследования, фенотипической гетерогенности и морфогенетического позиционирования. В целом, платформа реализуют парадигму «сети сетей», служащую основой для перспективных исследований в области системной и синтетической биологии.

 

Ключевые слова: сети сетей, системы управления, экспрессия генов, модели