Online Publikation - im ZESS - Universität Siegen

Verfügbare Software
KAPITEL 4
Modellbildung und Simulation von biochemischen Netzwerken sind heute wichtige
Aspekte in den Disziplinen Systembiologie [Wolkenhauer, 2001] und Metabolic Engi-
neering [Stephanopoulos et al., 1998]. Sie sind auf das ganzheitliche Verständnis zel-
lulärer Systeme aus einer theoretischen und angewandten Sicht ausgerichtet, mit
dem Hauptaugenmerk auf der quantitativen Analyse der regulatorischen Netzwer-
ke. Durch die Untersuchung des dynamischen Verhaltens biochemischer Netzwerke
erhält man zusätzliche Informationen zur Struktur der zellulären Systeme, die man
allein aus dem Genom, Transkriptom und Proteom nicht gewinnen kann.
Modellbildung und Simulation helfen sowohl dabei die Struktur des hierarchisch
organisierten zellulären Regulationsnetzwerkes zu erforschen, als auch die komple-
xen Wechselwirkungen zwischen den zellulären Komponenten. Das Design von ent-
sprechenden Simulationswerkzeugen hängt jedoch stark von den Forschungszielen
und den verfügbaren Daten ab. Daher sind bis heute eine wachsende Anzahl ver-
schiedener Werkzeuge für die Modellierung und Simulation biochemischer Netz-
werke in Entwicklung von denen die meisten aus dem akademischen Bereich stam-
men. Einige der wenigen kommerziellen Werkzeuge sind DigitalCell/VisualCell für
die Modellierung von regulatorischen Netzwerken (Gene Network Sciences, http:
//www.gnsbiotech.com), PathwayPrism für zelluläre Signalgebung (Physiome, http:
//www.physiome.com) oder PhysioLab (Entelos, http://www.entelos.com).
Die Softwarewerkzeuge sind sehr stark durch die Forschungsarbeit geprägt aus
denen sie ihren Ursprung haben. Es gibt einige wenige Werkzeuge, die einen hohen
Bekanntheitsgrad besitzen und einen sehr hohen Anteil an Werkzeugen die einen
sehr eingeschränkten und speziellen Verwendungszweck haben. Die Webseite http:
//www.sbml.org listet derzeit über 80 Softwarewerkzeuge, die die gemeinsame Basis
SBML als Datenformat teilen. Einen allgemeinen Überblick über Simulationsmethoden
im Rahmen des Metabolic Engineering gibt [Wiechert, 2002]; in [Pettinen et al., 2005]
werden eine Reihe von Software-Werkzeugen vorgestellt mit einer Auflistung der
unterstützten Simulationsmethoden. [Arkin, 2001] beschränkt sich auf Software-
Werkzeuge, die die Modellierung experimenteller Daten unterstützen. Allgemein kann
man diese Werkzeuge grob in drei Kategorien einteilen (s. a. [Wiechert, 2002]), die in
den folgenden Abschnitten vorgestellt werden.