Modelado basado en reglas

El modelado basado en reglas es un enfoque que utiliza un conjunto de reglas que especifican indirectamente un modelo matemático. Este conjunto de reglas puede traducirse a un modelo, como cadenas de Markov o ecuaciones diferenciales, o bien tratarse con herramientas que trabajan directamente sobre él, ya que este último suele ser mucho más extenso. El modelado basado en reglas resulta especialmente eficaz cuando el conjunto de reglas es significativamente más simple que el modelo que implica, es decir, cuando el modelo es una manifestación repetida de un número limitado de patrones. Un ámbito importante donde esto suele ocurrir son los modelos bioquímicos de organismos vivos. Grupos de sustancias que se corresponden entre sí están sujetos a interacciones que también se corresponden entre sí.

BioNetGen ^{[ 1 ]} es un conjunto de herramientas de software que se utilizan para generar modelos matemáticos que consisten en ecuaciones diferenciales ordinarias sin generar las ecuaciones directamente. Por ejemplo, a continuación se muestra una regla de ejemplo en el formato BioNetGen:

${\displaystyle A(a,a)+B(b)->A(a!1).B(b!1)}$

Dónde:

1. A(a,a): Representa una especie modelo A con dos sitios de unión libres a
2. B(b): Representa una especie modelo B con un sitio de unión libre.
3. A(a!1).B(b!1): Representa especies modelo donde al menos un sitio de unión de A está unido al sitio de unión de B.

Con la línea de código anterior, BioNetGen creará automáticamente una EDO para cada especie modelo con el balance de masa correcto. Además, se creará una especie adicional porque la regla anterior implica que dos moléculas B pueden unirse a una sola molécula A, ya que existen dos sitios de unión. Por lo tanto, se generarán las siguientes especies:

4. A(a!1,a!2).B(b!1).B(b!2): Molécula A con ambos sitios de unión ocupados por dos moléculas B diferentes.

Los primeros esfuerzos para utilizar modelos basados ​​en reglas en la simulación de sistemas bioquímicos incluyen los sistemas de simulación estocástica StochSim ^{[ 2 ].}

Una herramienta ampliamente utilizada para el modelado basado en reglas de redes bioquímicas es BioNetGen ^{[ 3 ].} Se distribuye bajo la licencia GNU GPL , versión 3. BioNetGen incluye un lenguaje para describir sustancias químicas, incluyendo los estados que pueden adoptar y las interacciones que pueden experimentar. Estas reglas se pueden usar para crear un modelo de red de reacción o para realizar simulaciones computacionales directamente sobre el conjunto de reglas. El marco de modelado bioquímico Virtual Cell incluye un intérprete de BioNetGen.

Una alternativa cercana es el lenguaje Kappa. ^{[ 4 ]} Otra alternativa es el lenguaje del Espacio Bioquímico. ^{[ 5 ]}