61、生物系统建模：从信号通路逻辑到基因表达动态模型

生物系统建模：从信号通路逻辑到基因表达动态模型

1. 信号通路逻辑在生物系统中的应用

信号通路逻辑（Pathway Logic）是逻辑形式主义和形式建模技术如何用于发展符号系统生物学新科学的一个范例。这一计算科学有望为研究人员提供强大工具，助力理解复杂生物系统，并加速体内功能假设检验实验的设计。

具体而言，研究聚焦于形式化模型，让生物学家能用熟悉的术语思考信号通路和其他过程，同时通过计算探究可能的结果。以哺乳动物Rafl蛋白激酶相关的信号生物化学为例，展示了这一方法。

使用重写逻辑等逻辑进行此类建模有诸多实际益处：
- 构建和分析具有多个细节层次的模型。
- 表示通用规则。
- 定义新的数据类型和属性。
- 使用逻辑推理执行查询。

模型验证通过对预测进行实验测试，以及使用分析工具检查与已知结果的一致性来完成。目前，信号通路逻辑模型已有助于澄清和整理文献中的实验数据，最终目标是达到能够预测新的、可能意想不到的结果的成熟水平。

2. 基因表达建模的现状与挑战

随着DNA微阵列技术和基因组测序的进步，在基因组规模上测量基因表达水平成为可能。这些数据有助于从分子层面深入理解生命，包括基因表达调控、基因功能和细胞机制，还可应用于医学诊断、治疗和药物设计。然而，分析这些数据需要适应大规模数据的数学工具，以降低数据复杂性。

目前，已有多种方法用于基因表达建模，但都存在一定局限性：
| 方法 | 优点 | 缺点 |
| ---- | ---- | ---- |
| 非层次聚类技术（如k - 均值聚类） | 能将具有相似表达模式的基因分组，有助于