जेनोकैड

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जेनोकैड संश्लेषित जीव विज्ञान के लिए प्रारंभिक कंप्यूटर सहायता प्राप्त रचना उपकरण में से है।[1] सॉफ्टवेयर जेनोफैब, इंक. द्वारा विकसित और अनुरक्षित जैव सूचना, विज्ञान उपकरण है। जेनोकैड जेनेटिक इंजीनियरिंग के लिए प्रोटीन अभिव्यक्ति संचालन, कृत्रिम जीन नेटवर्क और अन्य जीन्स निर्माणों के रचना की सुविधा प्रदान करता है, और औपचारिक भाषाओं के सिद्धांत पर आधारित होता है।[2]

इतिहास

जेनोकैड की उत्पत्ति औपचारिक भाषाओं के सिद्धांत का उपयोग करके जीन्स संरचनाओं की कार्यात्मक बाधाओं को औपचारिक बनाने के प्रयास की 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 अनेक उच्च-स्तरीय जीन्स संरचनाओं को निचले स्तर की जीन्स संरचनाओं के साथ और अंततः वास्तविक डीएनए अनुक्रमों के साथ परिवर्तित करके जीन निर्मित 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] जेनोकैड को GenoFAB, Inc. द्वारा विकसित किया गया था, और प्रस्तावित किया जा रहा है, जो पेकौड (वर्तमान में मुख्य विज्ञान अधिकारी और कार्यवाहक सीईओ) द्वारा स्थापित कंपनी है, जो मूल अध्ययन के लेखकों में से भी थे।[2]

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

लक्ष्य

परियोजना के चार उद्देश्य इस प्रकार हैं:[8]

  1. ई.कोली, यीस्ट, रैट और अरबीडोफिसिस थैलियना सेल में प्रयुक्त सिंथेटिक डीएनए अणुओं की संरचना का प्रतिनिधित्व करने वाली कंप्यूटर भाषा है I
  2. कंपाइलर एन्कोडेड फेनोटाइप की भविष्यवाणी करने के लिए डीएनए अनुक्रमों को गणितीय स्वरुप में अनुवाद करने में सक्षम है I
  3. सहयोगात्मक कार्यप्रवाह वातावरण जो भागों, रचना, निर्माण संसाधन को भागित करने की अनुमति प्रदान करता है I
  4. इसका अर्थ बाह्य परामर्श समिति, वार्षिक उपयोगकर्ता सम्मेलन और उद्योग तक पहुंच के माध्यम से परिणामों को उपयोगकर्ता समुदाय तक प्रेषित करना है I

सुविधाएँ

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

File:GenoCAD workflow.png
जेनोकैड का वर्कफ़्लो

* जीन्स अनुक्रमों का प्रबंधन: सुविधाओं के इस समूह का उद्देश्य उपयोगकर्ताओं को जीन्स भागों के संग्रह के अंदर, परियोजना के लिए आवश्यक भागों की पहचान करने और उन्हें परियोजना-विशिष्ट लाइब्रेरी में व्यवस्थित करने में सहायता करना है I

    • जीन्स भाग: भागों में विशिष्ट पहचानकर्ता, नाम और अधिक सामान्य विवरण होता है। उनके निकट डीएनए अनुक्रम भी है। भाग औपचारिक व्याकरण से जुड़े होते हैं, और भागों की श्रेणी जैसे प्रवर्तक (जीव विज्ञान), जीन, आदि को दिये जाते हैं।
    • भाग लाइब्रेरी: भागों का संग्रह लाइब्रेरी में व्यवस्थित किया जाता है। कुछ विषयों में लाइब्रेरी किसी एकल स्रोत जैसे किसी अन्य अनुक्रम डेटाबेस से आयातित भागों से युग्मित होते हैं। अन्य विषयों में, लाइब्रेरी किसी विशेष रचना परियोजना के लिए उपयोग किए गए भागों से युग्मित होते हैं। भागों को अस्थायी भंडारण क्षेत्र के माध्यम से एक लाइब्रेरी से दूसरे में ले जाया जा सकता है जिसे कार्ट कहा जाता है (ई-कॉमर्स शॉपिंग कार्ट के अनुरूप)।
    • भाग का अनुसंधान: उपयोगकर्ता ल्यूसीन अनुसंधान इंजन का उपयोग करके भागों के डेटाबेस का अनुसंधान कर सकते हैं। मूलरूप और उन्नत अनुसंधान मोड उपलब्ध हैं। उपयोगकर्ता जटिल क्वेरीज़ विकसित कर सकते हैं, और उन्हें भविष्य में पुन: उपयोग के लिए एकत्रित कर सकते हैं।
    • भाग का आयात/निर्यात: मानक फ़ाइल स्वरूपों (उदाहरण के लिए, गेनबैंक, टैब सीमांकित, फास्ता, एसबीएमएल) का उपयोग करके भागों को व्यक्तिगत रूप से या संपूर्ण लाइब्रेरी के रूप में आयात और निर्यात किया जा सकता है।
  • अनुक्रमों को जीन्स संरचनाओं में संयोजित करना: सुविधाओं के इस समूह का उद्देश्य विशिष्ट रचना रणनीति के अनुरूप रचना में जीन्स भागों के संयोजन की प्रक्रिया को सुव्यवस्थित करना है।
    • पॉइंट-एंड-क्लिक रचना उपकरण: यह विज़ार्ड (सॉफ़्टवेयर) उपयोगकर्ता को निर्मित निर्णयों की श्रृंखला के माध्यम से मार्गदर्शन करता है, जो निर्मित संरचना और रचना में सम्मिलित भागों के चयन को निर्धारित करता है।
    • रचना प्रबंधन: रचना को उपयोगकर्ता कार्यक्षेत्र में एकत्रित किया जा सकता है। पूर्व से एकत्रित की गई रचनाओं पर भागों को संपादित करने के परिणामों के सम्बन्ध में उपयोगकर्ताओं को उद्देश्य देने के लिए निर्मित स्थितियाँ नियमित रूप से अपडेट की जाती हैं।
    • निर्यात रचना: मानक फ़ाइल स्वरूपों (जैसे, जेनबैंक, टैब सीमांकित, फास्ता) का उपयोग करके रचना निर्यात किए जा सकते हैं।
    • रचना सुरक्षा: उपयोगकर्ता को उचित रचना रणनीति का पालन करने के लिए विवश करके रचना को कुछ प्रकार की त्रुटियों से बचाया जाता है।
    • सिमुलेशन: जेनोकैड में निर्मित 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 रचना परियोजनाओं के अनुरूप विशेष लाइब्रेरी बनाकर और विकास के विभिन्न चरणों में रचनाओं को एकत्रित कर अपने कार्यक्षेत्र को वैयक्तिकृत कर सकते हैं।

सैद्धांतिक आधार

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

जेनोकैड में डीएनए का अनुक्रम निर्मित करना संदर्भ मुक्त व्याकरण में व्युत्पत्ति निर्मित करने जैसा है। उपयोगकर्ता स्टार्ट चर से प्रारम्भ करता है, और इसके लिए चर और प्रतिस्थापन का चयन करता है जब तक कि केवल टर्मिनल नहीं शेष हैं।[2]

विकल्प

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

उपकरण लाभ हानि
जीईसी
  • डिज़ाइनर को केवल मूलरूप भाग प्रकारों को जानने और बाधाओं को निर्धारित करने की आवश्यकता है [12]
यूजीन
  • अन्य सिमुलेशन और असेंबली टूल के साथ इंटरफेसिंग[12]
प्रोटो
  • अणुओं और अनुक्रमों का चयन अन्य कार्यक्रमों द्वारा किया जा सकता है[12]
  • कुछ अन्य भाषाओं के साथ एकीकरण क्षमता[12]
  • सीखना अपेक्षाकृत कठिन है [12]
  • परिणाम निम्न कुशल हैं [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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