Abgeschlossene Arbeiten

Studentische Arbeiten

Regelbasierte Simulation Biochemischer Reaktionsprozesse

Typ der Arbeit: Master-Thesis
Bearbeitungsstand: Abgeschlossene Arbeiten
Möglicher Beginn der Arbeit: Ab sofort
Arbeit abgeschlossen am: 11.11.2018
Betreuer*in: M.Sc. Lars Fritsche
Student*in: Sebastian Ehmes

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Motivation

Regelbasierte Ansätze werden seit Jahrzehnten in der Biologie für die Beschreibung und Simulation von Wachstums- oder biochemischen Prozessen verwendet. Die dabei zum Einsatz kommenden Werkzeuge sind entweder auf bestimmte Teilgebiete hochspezialisiert oder werden vollständig unabhängig von bestimmten Anwendungsdomänen entwickelt. Werkzeuge der ersten Kategorie wie Kappa unterstützen die Simulation biochemischer Prozesse hocheffizient, bieten aber beispielsweise kaum Möglichkeiten zur Berechnung komplexer Anwendungsbedingungen für Regeln (etwa für die Überprüfung geometrischer Lagebeziehungen). Werkzeuge der zweiten Kategorie – wie eMoflonoderViatra – besitzen hingegen umfangreiche Möglichkeiten zur Definition komplexer Bedingungen und Programmierung von Regelanwendungsstrategien, sind aber nicht für die jeweilige Anwendungs-domäne optimiert. Ziel dieser Abschlussarbeit ist deshalb, an dem typischen Beispiel der Modellierung des EGF-Signalpfads (Epidermal Growth Factor), eine regelbasierte Simulation in Kappa in eine Spezifikation des „General Purpose“-Transformationswerkzeugs eMoflon oder Viatra zu übersetzen und mit Hilfe komplexer Bedingungen funktional zu erweitern. Auf Basis des Vergleichs aller Ansätze werden anschließend Vorschläge zur Erweiterung und Optimierung von eMoflon oder Viatra für die betrachtete Anwendungsdomäne entwickelt und soweit möglich prototypisch realisiert.

Aufgabenstellung

1. Einarbeitung in regelbasierte Werkzeuge wie Kappa, eMoflon oder Viatra
2. Übertragung u. Erweiterung einer Modellierung des EGF-Signalpfads von Kappa in eMoflon/Viatra
3. Systematischer Vergleich aller erarbeiteten Modellierungen (Ausdrucksstärke, Laufzeiten, … )
4. Konzeption von Vorschlägen für die Anpassung von eMoflon/Viatra an Anwendungsdomäne
5. Prototypische Umsetzung und Evaluation ausgewählter Optimierungsvorschläge

Voraussetzungen

Spaß an interdisziplinärer Arbeit, Grundlagen der Informatik

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