CC BY
11Компьютерная биология, медицина и биотехнология 165
Реконструкция генной сети глиомы с помощью он-лайн инструментов биоинформатики
Ю. Л. Орлов1-2, С. С. Ковалев2,3, Ю. П.Белоусова3, С. А. Цховребова1 1 Первый МГМУ им. И. М. Сеченова Минздрава России 2Новосибирский государственный университет 3Институт цитологии и генетики СО РАН Email: orlov@d-health.institute DOI: 10.24411/9999-017A-2020-10291
С помощью он-лайн инструментов биоинформатики и баз данных медицинской генетики выполнен анализ генов предрасположенности к развитию опухолей мозга, реконструирована генная сеть. На основе анализа базы данных OMIM (omim.org) выявлено 195 генов, которые опосредуют развитие глиомы. Из них инструмент PANTHER-DB определил идентификаторы 163 генов. Оценки значимых категорий генных онтологий показали связь категорий генов глиомы с регуляцией клеточных процессов, метаболизмом, пролиферацией, дифференциацией, нейро- и глиогенезом и с процессами клеточной смерти, апоптозом. С помощью ресурсов STRING-DB и GeneMANIA реконструирована генная сеть глиомы, выявлены гены с наибольшим числом связей сети - PTEN, TP53, CDKN2A, EGFR, GLI1. Рассмотрена трехмерная структура белка GLI1. C помощью базы данных GeneCards были определены лекарства, влияющие на GLI1.
Работа выполнена при финансовой поддержке бюджетного проекта ИЦиГ СО РАН (0324-2019-0040-С-01).
Геоинформационные системы в медицине
Ю. Л. Орлов1,2, Г. С. Лебедев1
1 Первый МГМУ им. И. М. Сеченова Минздрава России 2Новосибирский государственный университет Email: orlov@d-health.institute DOI: 10.24411/9999-017A-2020-10292
Рассмотрены аспекты использования геоинформационной системы в сфере здравоохранения с точки зрения системной биологии. Благодаря появлению современных информационных технологий произошел прорыв в медико-географическом картографировании и моделировании в мире [1, 2]. В практике стали применяться геоинформационные системы, которые позволяют визуализировать географические объекты, процессы и явления, выполнять анализ, планирование и моделирование медицинских задач, в том числе в удаленных регионах Сибири и Крайнего Севера. Разработана геоинформационная система, предназначенная для консолидации и графического отображения информации о ресурсах здравоохранения, медицинских организациях, участвующих в реализации территориальных программ оказания медицинской помощи.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (19-15-00219). Список литературы
1. Сомов Э. В., Тимонин С. А. Применение геоинформационных методов в решении задач оптимизации медицинского обслуживания населения г. Москвы // М.: Врач и информационные технологии. 2012. № 2. С. 30-41.
2. Pednekar P, Peterson A. Mapping pharmacy deserts and determining accessibility to community pharmacy services for elderly enrolled in a State Pharmaceutical Assistance Program // PLoS One. 2018. V. 13(6). e0198173.
Численное моделирование эмболизации т-образного микроканала
Д. В. Паршин1,2, А. А. Ягодницына1,3
Новосибирский государственный университет
2Институт гидродинамики имени М. А. Лаврентьева СО РАН
3Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН
Email: parshin@hydro.nsc.ru
DOI: 10.24411/9999-017A-2020-10293
Эмболизация кровеносных сосудов широко применяется при лечении аневризм или артерио-ве-нозных мальформаций. Хирург выполняет операцию эмболизации исходя из собственного опыта и от-
166 Секция 11
талкивается от необходимости выхода на определенный уровень эмболизации патологии и в то же время старается не достигать максимальной нагрузки, возникающей при этом в сосудистой сети.
Наша работа нацелена на численное моделирование процесса эмболизации модельной конфигурации: Т-образного микроканала, представляющего собой часть рацимозной части артерио-венозной мальформации. Множество параметров, влияющих на процесс эмболизации: соотношение фаз, высокий температурный градиент на границе раздела фаз и другие - делают описание этого процесса чрезвычайно трудным.
Работа выполнена при финансовой поддержке Правительственного гранта № 14.W03.31.0002 и гранта Российского фонда фундаментальных исследований 17-08-01736.
Performance comparison of a sensitivity operator based and derivative-free algorithms on the parameter identification problem for the antioxidant system of a plant cell
A. V. Penenko1,2, Z. S. Mukatova1,2, A. V. Bobrovskikh3 U. S. Zubairova3, V. S. Konopleva1,2, A. V. Doroshkov3
1 Institute of Computational Mathematics and Mathematical Geophysics SB RAS
2Novosibirsk State University
3Institute of Cytology and Genetics SB RAS
Email: aleks@ommgp.sscc.ru
DOI: 10.24411/9999-017A-2020-10383
Various meta-heuristic algorithms are widely used in biological sciences to identify parameters of the mathematical models. Usually, these algorithms take only direct problem solution and can be easily applied to various problems without serious modifications. The trade-off for this universal character is the use of a limited number of inverse problem properties. The objective of this paper is to compare the performance of the sensitivity operator-based algorithm [1] and standard implementations of local derivative-free algorithms [2] on a realistic scenario of parameter identification problem for the model of the antioxidant system of a plant cell [3].
The work was supported by Russian Foundation for Basic Research grant 19-07-01135 in part of the development of algorithms and Russian Foundation for Basic Research grant 19-44-543021 in part of the development and analysis of the biological model.
References
1. Penenko, A. V.; Mukatova, Z. S. & Salimova, A. B. Numerical study of the coefficient identification algorithm based on ensembles of adjoint problem solutions for a production-destruction model // International Journal of Nonlinear Sciences and Numerical Simulation, Walter de Gruyter GmbH, 2020, 0, doi: 10.1515/ijnsns-2019-0088.
2. Johnson, S. G. The NLopt nonlinear-optimization package http://github.com/stevengj/nlopt.
3. Bobrovskikh, A.; Zubairova, U.; Kolodkin, A. & Doroshkov, A. Subcellular compartmentalization of the plant antioxidant system: an integrated overview. // PeerJ, 2020, 8, e9451, doi: 10.7717/peerj.9451.
Компьютерное моделирование влияния циркадных часов на воспалительную реакцию на бактериальную инфекцию
Н. Л. Подколодный1,2, Н. Н. Твердохлеб2, О. А. Подколодная2
хИнститут вычислительной математики и математической геофизики СО РАН
2Новосибирский государственный университет
Email: pnl@bionet.nsc.ru
DOI: 10.24411/9999-017A-2020-10366
Автономный циркадный молекулярно-генетический осциллятор функционирует почти в каждой клетке тела. Нарушение циркадных ритмов в организме вызывает множество хронических заболеваний.
Нами была разработана и верифицирована на экспериментальных данных компьютерная модель, объединяющая циркадный осциллятор с системой NAMPT / NAD + / SIRT1 и системой иммунного и воспалительного ответа через фактор транскрипции NF-kB.
Моделирование воспалительной реакции на бактериальную инфекцию показало, что активация NF-kB, индуцированная LPS, имеет ярко выраженный циркадный характер с максимумом на ZT6 (ZT0, свет; ZT12, темнота), что совпадает с экспериментальными наблюдениями.
