Thesis (PhD)--Stellenbosch University, 2005. / ENGLISH ABSTRACT: Since their inception, biology and biochemistry have been spectacularly successful in
characterising the living cell and its components. As the volume of information about
cellular components continues to increase, we need to ask how we should use this information
to understand the functioning of the living cell?
Computational systems biology uses an integrative approach that combines theoretical
exploration, computer modelling and experimental research to answer this question.
Central to this approach is the development of computational models, new modelling
strategies and computational tools. Against this background, this study aims to: (i) develop
a new modelling package: PySCeS, (ii) use PySCeS to study discontinuous behaviour
in a metabolic pathway in a way that was very difficult, if not impossible, with
existing software, (iii) develop an interactive, web-based repository (JWS Online) of cellular
system models.
Three principles that, in our opinion, should form the basis of any new modelling
software were laid down: accessibility (there should be as few barriers as possible to
PySCeS use and distribution), flexibility (pySCeS should be extendable by the user, not
only the developers) and usability (PySCeS should provide the tools we needed for our
research). After evaluating various alternatives we decided to base PySCeS on the freely
available programming language, Python, which, in combination with the large collection
of science and engineering algorithms in the SciPy libraries, would give us a powerful
modern, interactive development environment. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Sedert hul totstandkoming was biologie en, meer spesifiek, biochemie uiters suksesvol
in die karakterisering van die lewende sel se komponente. Steeds groei die hoeveelheid
informasie oor die molekulêre bestanddele van die sel daagliks; ons moet onself dus afvra
hoe ons hierdie informasie kan integreer tot 'n verstaanbare beskrywing van die lewende
sel se werking.
Om dié vraag te beantwoord gebruik rekenaarmatige sisteembiologie 'n geïntegreerde
benadering wat teorie, rekenaarmatige modellering en eksperimenteeIe navorsing kombineer.
Sentraal tot die benadering is die ontwikkeling van nuwe modelle, strategieë vir
modellering, en sagteware. Teen hierdie agtergrond is die hoofdoelstelling van hierdie
projek: (i) die ontwikkeling van 'n nuwe modelleringspakket, PySCeS (ii) die benutting
van PySCeS om diskontinue gedrag in n metaboliese sisteem te bestudeer (iets wat
met die huidiglik beskikbare sagteware redelik moeilik is), (en iii) die ontwikkeling vann
interaktiewe, internet-gebaseerde databasis van sellulêre sisteem modelle, JWS Online.
Ons is van mening dat nuwe sagteware op drie belangrike beginsels gebaseer behoort
te wees: toeganklikheid (die sagteware moet maklik bekombaar en bruikbaar wees),
buigsaamheid (die gebruiker moet self PySCeS kan verander en ontwikkel) en bruikbaarheid
(al die funksionalitiet wat ons vir ons navorsing nodig moet in PySCeS ingebou
wees). Ons het verskeie opsies oorweeg en besluit om die vrylik verkrygbare programmeringstaal,
Python, in samehang die groot kolleksie wetenskaplike algoritmes, SciPy, te
gebruik. Hierdie kombinasie verskaf n kragtige, interaktiewe ontwikkelings- en gebruikersomgewing. PySCeS is ontwikkel om onder beide die Windows en Linux bedryfstelsels te werk
en, meer spesifiek, om gebruik te maak van 'n 'command line interface'. Dit beteken dat
PySCeS op enige interaktiewe rekenaar-terminaal Python ondersteun sal werk. Hierdie
eienskap maak ook moontlik die gebruik van PySCeS as 'n modelleringskomponent in
'n groter sagteware pakket onder enige bedryfstelsel wat Python ondersteun. PySCeS is
op 'n modulere ontwerp gebaseer, wat dit moontlik vir die eindgebruiker maak om die
sagteware se bronkode verder te ontwikkel.
As 'n toepassing is PySCeS gebruik om die oorsaak van histeretiese gedrag van 'n
lineêre, eindproduk-geïnhibeerde metaboliese pad te ondersoek. Ons het hierdie interessante
gedrag in 'n vorige studie ontdek, maar kon nie, met die sagteware wat op daardie
tydstip tot ons beskikking was, hierdie studie voortsit nie. Met PySCeS se ingeboude
vermoë om parameter kontinuering te doen, kon ons die oorsake van hierdie diskontinuë
gedrag volledig karakteriseer. Verder het ons 'n nuwe metode ontwikkel om hierdie
gedrag te visualiseer as 'n interaksie tussen die volledige sisteem se subkomponente.
Tydens PySCeS se ontwikkeling het ons opgemerk dat dit baie moeilik was om
metaboliese modelle wat in die literature gepubliseer is te herbou en te bestudeer. Hierdie
situasie is grotendeels die gevolg van die feit dat nêrens 'n sentrale databasis vir
metaboliese modelle bestaan nie (soos dit wel bestaan vir genomiese data of proteïen
strukture). Die JWS Online databasis is spesifiek ontwikkel om hierdie leemte te vul.
JWS Online maak dit vir die gebruiker moontlik om, via die internet en sonder die
installasie van enige gespesialiseerde modellerings sagteware, gepubliseerde modelle te
bestudeer en ook af te laai vir gebruik met ander modelleringspakkette soos bv. PySCeS.
JWS Online het alreeds 'n onmisbare hulpbron vir sisteembiologiese navorsing en onderwys
geword.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:netd.ac.za/oai:union.ndltd.org:sun/oai:scholar.sun.ac.za:10019.1/50449 |
| Date | 03 1900 |
| Creators | Olivier, Brett Gareth |
| Contributors | Hofmeyr, J. H. S., Rohwer, J. M., Stellenbosch University. Faculty of Science. Dept. of Biochemistry. |
| Publisher | Stellenbosch : Stellenbosch University |
| Source Sets | South African National ETD Portal |
| Language | en_ZA |
| Detected Language | Unknown |
| Type | Thesis |
| Format | 263 pages : illustrations |
| Rights | Stellenbosch University |
Page generated in 0.0028 seconds