Skip to main content
SUPERVISOR
جعفر قیصری (استاد راهنما) یوسف قیصری (استاد مشاور)
 
STUDENT
Zarifeh Heidary rarani
ظریفه حیدری رارانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391
Systems biology is a new research field that focuses on the understanding of biological processes based on the relation between engineering, mathematics and biology. In spite of complexity of these systems in comparison with industrial systems, systems biology facilitated the use of control theory in the study of biological phenomena. Thus, control engineering tools such as system identification, modeling, design and analysis may solve some problems in systems biology. In order to identify the dynamics of a system and predict its behavior in the absence of the experimental data, modeling can be used. The model of a biological phenomenon is actually a simplified map of its behavioralmechanisms and in addition to identifying the system, it can be used in investigation of biological hypotheses which have not still been tested experimentally.Mathematical modeling of biological systems can be justify; MARGIN: 0cm 0cm 0pt; unicode-bidi: embed; DIRECTION: ltr" In this thesis, identifying and modeling of hypoxia pathway are done by the use of stochastic Petri nets and with the comparison between modeling results and experimental data, it is observed that the model describes the biological process behavior truly. Sensitivity analysisis alsoperformedon the model and keyreactionsinbiologicalpathway arespecified. Then by analyzing the results obtained from the model, cellular control mechanisms in expression of several important proteins which are involved in this pathway and the hypothesis for existence of a possible drug for controlling the effective processes in response to hypoxic condition are introduced. Quantitative model are a modeling method in order to parameter estimation and other mathematical analysis of biological systems. Also, a quantitative model based on differential equations governing the hypoxia pathway is presented and the resultsare comparedwithexperimentaldata andqualitativemodel results. Keywords: Hypoxia pathway, Modeling, Stochastic Petri nets, Systems biology
سیستم‌های بیولوژی زمینه تحقیق جدیدی است که بر درک سیستمی از فرآیندهای زیستی برمبنای ارتباط بین علوم مهندسی، ریاضی و زیست‌شناسی تمرکز دارد. علی‌رغم پیچیدگی بیشتر این سیستم‌ها در مقایسه با سیستم‌های مهندسی، جهت‌گیری سیستمی در زیست‌شناسی راه ورود علم کنترل در مطالعه پدیده‌های زیستی را هموار نموده است. بدین ترتیب مهندسی کنترل با ابزارهایی هم‌چون شناسایی، مدل‌سازی، طراحی و آنالیز می‌تواند راه‌گشای برخی از مسائل درسیستم‌های بیولوژی باشد. به‌منظور شناسایی دینامیک سیستم و پیش‌بینی رفتار آن در شرایطی غیر از شرایط آزمایش می‌توان از مدل‌سازی استفاده کرد. مدل یک پدیده زیستی در واقع نقشه ساده‌شده‌ای از مکانیزم‌های رفتاری آن است و علاوه بر شناسایی سیستم در بررسی بسیاری از فرضیه‌‌های موجود درموردسیستم‌های بیولوژیکه هنوز مورد مطالعه آزمایشگاهی قرار نگرفته‌اند، کاربرد دارد. مدل‌سازی ریاضی سیستم‌های زیستی به دو دسته کمّی و کیفی طبقه‌بندی می‌شود. نیاز مدل‌سازی کمّی به اطلاعات دقیق و جزئی از فرآیند که معمولا در دسترس نیست منجر به استفاده از روش‌های کیفی در مدل‌سازی شده است. یکی از روش‌های کیفی در مدل‌سازی برهم‌کنش‌های پیچیده زیستی، شبکه‌های پتری است که ابزار گرافیکی مناسبی برای مدل‌سازی این سیستم‌های پیچیده می‌باشد. هم‌چنین با به‌کارگیری شبکه‌‌های پتری توسعه‌یافته هم‌چون شبکه‌های پتری رنگی، زمانی، هیبرید و تصادفی می‌توان از اطلاعات کمّی نیز در این‌گونه مدل‌سازی‌ها بهره گرفت و مدلی دقیق و جامع از فرآیند زیستی ایجاد نمود. یکی از فرآیندهای زیستی که ممکن است به دلایل مختلف در بدن موجودات زنده رخ دهد فعال شدن مسیر زیستی هیپوکسی است. هیپوکسی شرایطی است که در آن اکسیژن‌رسانی به بافت‌های بدن موجود زنده کاهش می یابد و تداوم این شرایط منجر به بیماری‌های شریانی قلبی، سکته مغزی، بیماری‌های کلیوی، سرطان و بیماری های انسدادی ریوی می گردد. از این رو شناسایی و مدل‌سازی فرآیندهای سلولی در پاسخ به شرایط کم اکسیژنی حائز اهمیت می باشد. در این پایان‌نامهمسیر زیستی کم اکسیژنی (هیپوکسی)بررسی شده و با استفاده ازشبکه‌ی پتری تصادفی مدل مناسبی برای آن پیشنهاد شده است. با مقایسه نتایج حاصل از مدل‌سازی و اطلاعات آزمایشگاهی موجود، مشاهده ‌شد که مدل پیشنهادی به‌خوبی بیان‌کننده رفتار فرآیند زیستی است. با انجام آنالیز حساسیت روی مدل، واکنش‌های کلیدی در این مسیر بررسی و شناخته شدند، سپس با آنالیز نتایج حاصل از مدل، یکی از مکانیزم‌های کنترلی سلول در بیان برخی پروتئین‌های مهم در این مسیر و فرضیه وجود دارویی در کنترل فرآیندهای موثر بر پاسخ‌دهی به شرایط هیپوکسی ارائه شده است.مدل‌های کمّی دسته‌ی دیگری از روش‌های مدل‌سازی سیستم دینامیکی هستند که به‌منظور تخمین پارامتر و دیگر آنالیزهای ریاضی در سیستم‌های زیستی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این پایان‌نامه هم‌چنین مدلی کمّی براساس معادلات دیفرانسیل حاکم بر مسیر نیز ارائه شده است و نتایج حاصل از آن با مدل کیفی و داده‌های آزمایشگاهی مقایسه می‌گردد. کلمات کلیدی: 1-سیستم‌های بیولوژی 2- شبکه‌های پتری 3-مدل‌سازی4- مسیر زیستی کم اکسیژنی (هیپوکسی)

ارتقاء امنیت وب با وف بومی