जेनोकैड

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Initial release30 August 2007 (2007-08-30)
Stable release
2.3.1 / 11 January 2014; 10 years ago (2014-01-11)
Written inPHP JavaScript C++ MySQL
TypeComputer-Aided Design Bioinformatics
LicenseApache v2.0
Websitegenocad.com

GenoCAD संश्लेषित जीव विज्ञान विज्ञान के लिए सबसे शुरुआती कंप्यूटर सहायता प्राप्त डिज़ाइन टूल में से एक है।[1]सॉफ्टवेयर जेनोफैब, इंक. द्वारा विकसित और अनुरक्षित एक जैव सूचना विज्ञान उपकरण है। जेनोकैड जेनेटिक इंजीनियरिंग के लिए प्रोटीन अभिव्यक्ति वैक्टर, कृत्रिम जीन नेटवर्क और अन्य आनुवंशिक निर्माणों के डिजाइन की सुविधा प्रदान करता है और औपचारिक भाषाओं के सिद्धांत पर आधारित है।[2]

इतिहास

जेनोकैड की उत्पत्ति औपचारिक भाषाओं के सिद्धांत का उपयोग करके आनुवंशिक संरचनाओं की कार्यात्मक बाधाओं को औपचारिक बनाने के प्रयास की एक शाखा के रूप में हुई। 2007 में, वर्जीनिया जैव सूचना विज्ञान संस्थान, वर्जीनिया टेक के शोधकर्ताओं द्वारा अवधारणा के प्रमाण के रूप में genocad.org (अब सेवानिवृत्त) वेबसाइट स्थापित की गई थी। वेबसाइट का उपयोग करके, उपयोगकर्ता बार-बार उच्च-स्तरीय आनुवंशिक संरचनाओं को निचले स्तर की आनुवंशिक संरचनाओं के साथ और अंततः वास्तविक डीएनए अनुक्रमों के साथ बदलकर जीन डिजाइन कर सकते हैं।[2]

31 अगस्त 2009 को, राष्ट्रीय विज्ञान संस्था ने जेनोकैड के विकास के लिए वर्जीनिया टेक में वर्जीनिया बायोइनफॉरमैटिक्स इंस्टीट्यूट के एसोसिएट प्रोफेसर डॉ. जीन पेकौड को तीन साल के लिए $1,421,725 ​​का अनुदान दिया।[3] GenoCAD को GenoFAB, Inc. द्वारा विकसित किया गया था और जारी रखा जा रहा है, जो पेकौड (वर्तमान में मुख्य विज्ञान अधिकारी और कार्यवाहक सीईओ) द्वारा स्थापित कंपनी है, जो मूल अध्ययन के लेखकों में से एक भी थे।[2]

जेनोकैड के लिए स्रोत कोड मूल रूप से दिसंबर 2009 में sourceforge पर जारी किया गया था।[4] जेनोकैड संस्करण 2.0 नवंबर 2011 में जारी किया गया था और इसमें डिज़ाइन किए गए आनुवंशिक कोड के व्यवहार को अनुकरण करने की क्षमता शामिल थी। यह सुविधा COPASI के पीछे की टीम के सहयोग का परिणाम थी।[5] अप्रैल, 2015 में, पेकौड और उनके सहयोगियों ने जेनोएलआईबी नामक जैविक भागों की एक लाइब्रेरी प्रकाशित की,[6] जिसे जेनोकैड प्लेटफॉर्म में शामिल किया जा सकता है।[7]

लक्ष्य

परियोजना के चार उद्देश्य हैं:[8]

  1. ई.कोली, ख़मीर , चूहों और अरबीडोफिसिस थालीआना कोशिकाओं में प्रयुक्त सिंथेटिक डीएनए अणुओं की संरचना का प्रतिनिधित्व करने वाली कंप्यूटर भाषा
  2. कंपाइलर एन्कोडेड फेनोटाइप की भविष्यवाणी करने के लिए डीएनए अनुक्रमों को गणितीय मॉडल में अनुवाद करने में सक्षम है
  3. सहयोगात्मक वर्कफ़्लो वातावरण जो भागों, डिज़ाइन, निर्माण संसाधन को साझा करने की अनुमति देता है
  4. का अर्थ बाहरी सलाहकार बोर्ड, एक वार्षिक उपयोगकर्ता सम्मेलन और उद्योग तक पहुंच के माध्यम से परिणामों को उपयोगकर्ता समुदाय तक अग्रेषित करना है

सुविधाएँ

GenoCAD की मुख्य विशेषताओं को तीन मुख्य श्रेणियों में व्यवस्थित किया जा सकता है।[9]

File:GenoCAD workflow.png
जेनोकैड का वर्कफ़्लो

* आनुवंशिक अनुक्रमों का प्रबंधन: सुविधाओं के इस समूह का उद्देश्य उपयोगकर्ताओं को आनुवंशिक भागों के बड़े संग्रह के भीतर, एक परियोजना के लिए आवश्यक भागों की पहचान करने और उन्हें परियोजना-विशिष्ट पुस्तकालयों में व्यवस्थित करने में मदद करना है।

    • आनुवंशिक भाग: भागों में एक विशिष्ट पहचानकर्ता, एक नाम और अधिक सामान्य विवरण होता है। उनके पास एक डीएनए अनुक्रम भी है। भाग औपचारिक व्याकरण से जुड़े होते हैं और भागों की श्रेणी जैसे प्रवर्तक (जीव विज्ञान), जीन, आदि को सौंपे जाते हैं।
    • भाग पुस्तकालय: भागों का संग्रह पुस्तकालयों में व्यवस्थित किया जाता है। कुछ मामलों में भाग पुस्तकालय किसी एकल स्रोत जैसे किसी अन्य अनुक्रम डेटाबेस से आयातित भागों से मेल खाते हैं। अन्य मामलों में, पुस्तकालय किसी विशेष डिज़ाइन प्रोजेक्ट के लिए उपयोग किए गए भागों से मेल खाते हैं। भागों को एक अस्थायी भंडारण क्षेत्र के माध्यम से एक पुस्तकालय से दूसरे में ले जाया जा सकता है जिसे कार्ट कहा जाता है (ई-कॉमर्स शॉपिंग कार्ट के अनुरूप)।
    • पुर्ज़ों की खोज: उपयोगकर्ता ल्यूसीन खोज इंजन का उपयोग करके भागों के डेटाबेस को खोज सकते हैं। बुनियादी और उन्नत खोज मोड उपलब्ध हैं। उपयोगकर्ता जटिल क्वेरीज़ विकसित कर सकते हैं और उन्हें भविष्य में पुन: उपयोग के लिए सहेज सकते हैं।
    • पुर्ज़ों का आयात/निर्यात: मानक फ़ाइल स्वरूपों (उदाहरण के लिए, GenBank , टैब सीमांकित, FASTA, SBML) का उपयोग करके भागों को व्यक्तिगत रूप से या संपूर्ण लाइब्रेरी के रूप में आयात और निर्यात किया जा सकता है।
  • अनुक्रमों को आनुवंशिक संरचनाओं में संयोजित करना: सुविधाओं के इस समूह का उद्देश्य एक विशिष्ट डिजाइन रणनीति के अनुरूप डिजाइनों में आनुवंशिक भागों के संयोजन की प्रक्रिया को सुव्यवस्थित करना है।
    • पॉइंट-एंड-क्लिक डिज़ाइन टूल: यह विज़ार्ड (सॉफ़्टवेयर) उपयोगकर्ता को डिज़ाइन निर्णयों की एक श्रृंखला के माध्यम से मार्गदर्शन करता है जो डिज़ाइन संरचना और डिज़ाइन में शामिल भागों के चयन को निर्धारित करता है।
    • डिज़ाइन प्रबंधन: डिज़ाइन को उपयोगकर्ता कार्यक्षेत्र में सहेजा जा सकता है। पहले से सहेजे गए डिज़ाइनों पर भागों को संपादित करने के परिणामों के बारे में उपयोगकर्ताओं को चेतावनी देने के लिए डिज़ाइन स्थितियाँ नियमित रूप से अपडेट की जाती हैं।
    • निर्यात डिज़ाइन: मानक फ़ाइल स्वरूपों (जैसे, जेनबैंक, टैब सीमांकित, FASTA) का उपयोग करके डिज़ाइन निर्यात किए जा सकते हैं।
    • डिज़ाइन सुरक्षा: उपयोगकर्ता को उचित डिज़ाइन रणनीति का पालन करने के लिए मजबूर करके डिज़ाइन को कुछ प्रकार की त्रुटियों से बचाया जाता है।
    • सिमुलेशन: जेनोकैड में डिज़ाइन किए गए अनुक्रमों को परिणामी सेल में रासायनिक उत्पादन प्रदर्शित करने के लिए सिम्युलेटेड किया जा सकता है।[10]
  • उपयोगकर्ता कार्यक्षेत्र: उपयोगकर्ता जेनोकैड डेटाबेस में भागों को जोड़कर, विशिष्ट डिजाइन परियोजनाओं के अनुरूप विशेष पुस्तकालय बनाकर और विकास के विभिन्न चरणों में डिजाइनों को सहेजकर अपने कार्यक्षेत्र को वैयक्तिकृत कर सकते हैं।

सैद्धांतिक आधार

जेनोकैड औपचारिक भाषाओं के सिद्धांत में निहित है; विशेष रूप से, डिज़ाइन नियम बताते हैं कि विभिन्न प्रकार के हिस्सों को कैसे संयोजित किया जाए और संदर्भ-मुक्त व्याकरण कैसे बनाया जाए। [2] एक संदर्भ मुक्त व्याकरण को उसके टर्मिनलों, चर, प्रारंभ चर और प्रतिस्थापन नियमों द्वारा परिभाषित किया जा सकता है।[11] जेनोकैड में, व्याकरण के टर्मिनल डीएनए के अनुक्रम होते हैं जो एक विशेष जैविक उद्देश्य (उदाहरण के लिए एक प्रवर्तक (आनुवांशिकी) ) को पूरा करते हैं। चर कम सजातीय हैं: वे लंबे अनुक्रमों का प्रतिनिधित्व कर सकते हैं जिनमें कई कार्य होते हैं या डीएनए के एक खंड का प्रतिनिधित्व कर सकते हैं जिसमें डीएनए के कई अलग-अलग अनुक्रमों में से एक हो सकता है लेकिन एक ही कार्य करता है (उदाहरण के लिए एक चर प्रमोटरों के सेट का प्रतिनिधित्व करता है)। जेनोकैड में यह सुनिश्चित करने के लिए अंतर्निहित प्रतिस्थापन नियम शामिल हैं कि डीएनए अनुक्रम जैविक रूप से व्यवहार्य है। उपयोगकर्ता अन्य उद्देश्यों के लिए नियमों के अपने स्वयं के सेट को भी परिभाषित कर सकते हैं।

जेनोकैड में डीएनए का एक अनुक्रम डिजाइन करना एक संदर्भ मुक्त व्याकरण में व्युत्पत्ति बनाने जैसा है। उपयोगकर्ता स्टार्ट वेरिएबल से शुरू करता है और बार-बार इसके लिए एक वेरिएबल और एक प्रतिस्थापन का चयन करता है जब तक कि केवल टर्मिनल नहीं बचे हैं।[2]

विकल्प

जेनोकैड के सबसे आम विकल्प प्रोटो, जीईसी और यूजीन हैं[12]

Tool Advantages Disadvantages
GEC
  • Designer only needs to know basic part types and determine constraints [12]
EuGene
  • Interfacing with other simulation and assembly tools[12]
Proto
  • Choice of molecules and sequences can be made by other programs[12]
  • Integration capability with some other languages[12]
  • Relatively hard to learn [12]
  • Results are less efficient [1]

संदर्भ

  1. ↑ 1.0 1.1 Beal, Jacob; Phillips, Andrew; Densmore, Douglas; Cai, Yizhi (2011). "High-Level Programming Languages for Biomolecular Systems". In Koeppl, Heinz; Densmore, Douglas; Setti, Gianluca; di Bernardo, Mario (eds.). Design and Analysis of Biomolecular Circuits. New York Dordrecht Heidelberg London: Springer. p. 241. doi:10.1007/978-1-4419-6766-4. ISBN 978-1-4419-6765-7.
  2. ↑ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 Cai Y; Hartnett B; Gustafsson C; Peccoud J (2007). "A syntactic model to design and verify synthetic genetic constructs derived from standard biological parts". Bioinformatics. 23 (20): 2760–7. doi:10.1093/bioinformatics/btm446. PMID 17804435.
  3. ↑ Jodi Lewis (September 14, 2009). "National Science Foundation awards $1.4 million for GenoCAD development". Archived from the original on June 11, 2015. Retrieved October 7, 2013.
  4. ↑ "जेनोकैड कोड". Sourceforge. Retrieved 8 October 2013.
  5. ↑ Wilson, Mandy. "जेनोकैड रिलीज़ नोट्स". Peccoud Lab. Archived from the original on 13 October 2013. Retrieved 8 October 2013.
  6. ↑ Adames, Neil; Wilson, Mandy; Fang, Gang; Lux, Matthew; Glick, Benjamin; Peccoud, Jean (April 29, 2016). "GenoLIB: a database of biological parts derived from a library of common plasmid features". Nucleic Acids Research. 43 (10): 4823–32. doi:10.1093/nar/gkv272. PMC 4446419. PMID 25925571.
  7. ↑ Adames N, Wilson M, Fang G, Lux M, Glick B, Peccoud J (2015). "GenoLIB: a database of biological parts derived from a library of common plasmid features". Nucleic Acids Research. 43 (10): 4823–32. doi:10.1093/nar/gkv272. PMC 4446419. PMID 25925571.
  8. ↑ Jean Peccoud (June 21, 2013). "GenoCAD: Computer Assisted Design of Synthetic DNA". Archived from the original on July 7, 2013. Retrieved October 7, 2013.
  9. ↑ Wilson ML; Hertzberg R; Adam L; Peccoud J (2011). "A step-by-step introduction to rule-based design of synthetic genetic constructs using GenoCAD". Methods Enzymol. Methods in Enzymology. 498: 173–88. doi:10.1016/B978-0-12-385120-8.00008-5. ISBN 9780123851208. PMID 21601678.
  10. ↑ Cai, Y.; Lux, M. W.; Adam, L.; Peccoud, J. (2009). Sauro, Herbert M (ed.). "विशेषता व्याकरण का उपयोग करके सिंथेटिक डीएनए अनुक्रमों में मॉडलिंग संरचना-कार्य संबंध". PLOS Computational Biology. 5 (10): e1000529. Bibcode:2009PLSCB...5E0529C. doi:10.1371/journal.pcbi.1000529. PMC 2748682. PMID 19816554.
  11. ↑ Sipser, Michael (2013). संगणना के सिद्धांत का परिचय, तीसरा संस्करण. Boston, MA, USA: Cengage Learning. p. 104. ISBN 978-1-133-18779-0.
  12. ↑ 12.0 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 12.6 12.7 Habibi, N., Mohd Hashim, S. Z., Rodriguez, C. A., & Samian, M. R. (2013). A Review of CADs, Languages and Data Models for Synthetic Biology. Jurnal Teknologi, 63(1).
  13. ↑ Pedersen, M. (2010). Modular languages for systems and synthetic biology.


बाहरी संबंध

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