Кіріспе

CellML – математикалық модельдерді сипаттауға арналған XML негізіндегі таңбалау тілі. Теориялық тұрғыдан алғанда, кез келген математикалық модельді сипаттауға мүмкіндігі болғанымен, ол бастапқыда «Физиома» жобасын ескере отырып жасалды, сондықтан көбінесе биология саласындағы модельдерді сипаттау үшін қолданылады. Бұл оның CellML деген атауында көрінеді, бірақ бұл аббревиатура емес, жай ғана атау. CellML есептеу модельдері үшін портативті сипаттама форматы ретінде танымалдылығы артып келеді және әлемнің түкпір-түкпіріндегі топтар CellML-ді модельдеу үшін немесе CellML негізінде бағдарламалық құралдарды әзірлеу үшін пайдаланады. CellML «Жүйелік биология таңбалау тіліне» (SBML) ұқсас, бірақ модельдің модулдігі мен қайта қолдану мүмкіндіктерін кеңейтеді және биохимиялық сипаттамалармен ғана шектелмейді.

Тарих

CellML тілі жүрек жасушаларының динамикасының модельдерін әлемнің әртүрлі елдеріндегі зерттеушілер арасында бөлісу қажеттілігінен туындады. 1998 жылы құрылған алғашқы жұмыс тобы Дэвид Булливант, Уоррен Хедли және Пол Нильсеннен тұрды; олардың үшеуі де сол кезде Окленд университетінің Инженерлік ғылымдар факультетінің мүшелері болған. Бұл тіл World Wide Web Consortium әзірлеген XML спецификациясының қолданылуы болды – XML-ді пайдалану туралы шешім 1998 жылдың соңында Уоррен Хедли мен Андре (Дэвид) Никерсонның ұсынымдарына негізделген. Математиканы (MathML мазмұны), метадеректерді (RDF) және ресурстар арасындағы байланыстарды (XLink) сипаттау үшін қолданыстағы XML-ге негізделген тілдер пайдаланылды. CellML жұмыс тобы SBML жобасы туралы алғаш рет 2000 жылдың соңында білді, ол кезде Уоррен Хедли Токиодағы Жүйелік биология үшін бағдарламалық платформалар жөніндегі 2-ші семинарға қатысты. Жұмыс тобы Physiome Sciences Inc. (әсіресе Мелани Нельсон, Скотт Летт, Марк Грелингер, Прасад Рамакришна, Джереми Райс, Адам Музикант және Кам Чуен Джим) мекемесінің бірқатар зерттеушілерімен бірлесіп, 2001 жылдың 11 тамызында жарияланған CellML 1.0 спецификациясының жобасын жасады. Бұл алғашқы жобадан кейін CellML метадеректер спецификациялары және <import> элементін қосу арқылы модельдердің құрылымдық ұялауын қамтамасыз ету үшін CellML-ді жаңарту жасалды. Physiome Sciences Inc. сонымен қатар CellML-ді қолдайтын алғашқы бағдарламалық қамтамасыз етуді жасады. Коннектикут университетінің Денсаулық орталығындағы Ұяшықтарды талдау және модельдеу жөніндегі Ұлттық ресурсы (NRCAM) сонымен қатар «Виртуалды жасуша» деп аталатын CellML-ді қолдайтын бағдарламалық қамтамасыз етуді жасады. 2002 жылы CellML 1.1 спецификациясы жазылды, оған импорттар қосылды. Импорттар модельге сыртқы компоненттерді қосу мүмкіндігін береді, бұл модульдік модельдеуді қамтамасыз етеді. Бұл спецификация 2006 жылдың басында тоқтатылды. Метадеректер және басқа да спецификациялар бойынша жұмыстар жалғастырылды. 2009 жылдың шілдесінде CellML веб-сайты толығымен жаңартылды және жаңа CellML репозиторийлік бағдарламалық қамтамасыз етудің (PMR2) бастапқы нұсқасы шығарылды.

CellML моделінің құрылымы

CellML моделі әрқайсысы өз компонент элементінде сипатталған бірнеше компоненттерден тұрады. Компонент модельдеу ыңғайлылығы үшін жасалған түсініксіз бірлік болуы мүмкін, немесе оның нақты физикалық мағынасы болуы мүмкін (мысалы, ол жасуша мембранасын көрсете алады). Әр компонентте бірнеше айнымалы болады, оларды компонент ішіне айнымалы элементін орналастыру арқылы жариялау қажет. Мысалы, жасуша мембранасын бейнелейтін компонентте, жасуша мембранасының потенциал айырмашылығын (кернеуін) көрсететін V деп аталатын айнымалы болуы мүмкін. Айырмалылар арасындағы математикалық қатынастар MathML арқылы компоненттер ішінде көрсетіледі. MathML декларативті өрнектерді жасау үшін қолданылады (компьютерлік бағдарламалау тіліндегі процедуралық мәлімдемелерден өзгеше). Дегенмен, көптеген CellML өңдеу бағдарламалық құралдары математиканың шектеулі диапазонын ғана қабылдайды (мысалы, кейбір өңдеу бағдарламалық құралдары теңдіктің бір жағында бір ғана айнымалы бар теңдеулерді талап етеді). MathML таңдауы CellML-ді дифференциалдық теңдеулерді қамтитын модельдерді сипаттауға ерекше қолайлы етеді. Стохастикалық модельдерді немесе кездейсоқтықтың басқа түрлерін көрсетуге арналған механизм жоқ. Компоненттерді басқа компоненттердегі байланыс элементін пайдаланып қосуға болады, ол қосылатын екі компоненттің атауын және бірінші компоненттегі айнымалыларды, екінші компоненттегі айнымалыларға сәйкестендіретін сипаттайды. Мұндай байланыстар, бір компоненттегі айнымалының екінші компоненттегі басқа айнымалыға тең екендігін көрсетеді. CellML модельдері компоненттер арасындағы қатынастарды да көрсетуге мүмкіндік береді. CellML спецификациясы қатынастың екі түрін анықтайды: капсулация және қамту, бірақ пайдаланушы одан да көп анықтауы мүмкін. Қамту қатынасы бір компоненттің басқа компоненттің ішінде физикалық тұрғыдан орналасқанын көрсетеді. Капсулация қатынасы ерекше, себебі ол модельдің қалған бөлігінің интерпретациясына әсер ететін жалғыз қатынас. Капсулацияның әсері – басқа компоненттердің астында капсулацияланған компоненттер жеке болып табылады және капсулация ағашындағы тікелей үстіндегі компоненттен басқа қол жеткізілмейді. Модельдеуші капсулацияны түсініксіз құрал ретінде еркін пайдалана алады, және оның міндетті түрде физикалық мағынасы болуы керек емес.

Сипаттамалар

CellML негізгі талаптармен қатар, модельдерге түсіндірмелер қосу және симуляцияларды нақтылау үшін қолданылатын метадеректерге арналған қосымша талаптармен анықталады.

CellML 1.0

CellML 1.0 – бірінші аяқталған нұсқасы болды және CellML Model Repository-дегі көптеген модельдерді сипаттауға қолданылады. CellML 1.0 реакция моделіндегі айнымалылардың атқаратын қызметін сипаттауға арналған, биохимияға қатысты белгілі бір элементтерді қамтиды.

Ұяшықтағы ML 1.1

CellML 1.1 компоненттер мен бірліктерді импорттау мүмкіндігін қосты. Осы мүмкіндікті толыққанды қолдау үшін CellML 1.1 нұсқасындағы айнымалылар бастапқы мәндер ретінде айнымалы атауларын қабылдайды.

Метадеректердің ерекшеліктері

CellML модельдерді түсіндіруге немесе модельдерді симуляциялауды іске асыру және/немесе визуализациялау үшін ақпарат беруге арналған бірнеше метадеректер спецификациясын қамтиды. Метадеректер 1.0 спецификациясы модельдерді түрлі ақпаратпен түсіндіруге қолданылады; қатысты сілтемелер, авторлық құқық туралы ақпарат, модельдің тиесілі түрлер және т.б. Симуляциялық метадеректер CellML моделін пайдаланып нақты симуляцияларды қайта жасау үшін қажетті ақпаратты ұсынады. Графикалық метадеректер симуляция нәтижелерінің нақты визуализациясын көрсету үшін, мысалы, мақаладан белгілі бір графикті қайта жасау үшін ақпарат береді.

CellML.org сайты

CellML.org CellML қауымдастығы үшін орталық нүкте болуды мақсат етеді. Мүшелер модельдерді жіберуге, қарауға және жаңартуға мүмкіндік алады, сондай-ақ қауымдастықтан пікір мен көмек алады. CellML талқылау тізімі CellML талқылау тізімі мекенжайы бойынша табылады. Осы тізімнің ауқымы CellML-ді дамыту және пайдаланумен байланысты барлық мәселелерді қамтиды. CellML-ге кодталған бірнеше жүз биологиялық модельдердің қоймасын CellML қауымдастығының веб-сайтында, CellML Model Repository-де табуға болады. Бұл модельдер қазіргі уақытта биологиялық онтологиялармен, мысалы, Гендік онтологиямен түсіндірмелер беру және модельдерді бірліктердің тепе-теңдігінің стандарттарына және масса, заряд, энергия сақталуы сияқты биофизикалық шектеулерге сәйкес келе ме екенін тексеру мақсатымен зерделенуде.