Lista över systembiologiska modelleringsprogram

Systembiologi är starkt beroende av att bygga matematiska modeller för att hjälpa till att förstå och göra förutsägelser av biologiska processer. Specialiserad programvara för att hjälpa till att bygga modeller har utvecklats sedan de första digitala datorerna kom. Följande lista visar de program som för närvarande stöds tillgängliga för forskare.

De allra flesta moderna systembiologiska modelleringsprogram stöder SBML , som är de facto-standarden för utbyte av modeller av biologiska cellulära processer. Vissa verktyg stöder även CellML , en standard som används för att representera fysiologiska processer. Fördelen med att använda standardformat är att även om en viss mjukvaruapplikation så småningom kan bli ostödd och till och med oanvändbar, kan de modeller som utvecklats av den applikationen enkelt överföras till mer moderna motsvarigheter. Detta gör att vetenskaplig forskning är reproducerbar långt efter den ursprungliga publiceringen av verket.

För att få mer information om ett visst verktyg, klicka på verktygets namn. Detta leder dig antingen till en referentgranskad publikation eller, i vissa sällsynta fall, till en särskild Wikipedia-sida.

Aktivt stödda program med öppen källkod

Allmän information

namn	Beskrivning/Noterbarhet	OS	Licens	Webbplats	SBML Support
iBioSim	iBioSim är ett datorstödt designverktyg (CAD) för modellering, analys och design av genetiska kretsar.	multiplattform (Java/C++)	Apache	[1]	Ja
CompuCell3D	GUI/Scripting-verktyg för att bygga och simulera flercelliga modeller.	multiplattform (C++/Python)	MIT	[2]	Ja, men bara för reaktioner.
COPASI	GUI-verktyg för att analysera och simulera SBML-modeller.	multiplattform (C++)	Konstnärlig licens	[3]	Ja
Cytosim	Spatial simulator för flexibla cytoskelettfilament och motorproteiner	Mac, Linux, Cygwin (C++)	GPL3	[4]	Inte tillämpbar
libroadrunner	Högpresterande mjukvarubibliotek för simulering och analys av SBML-modeller	multiplattform (C/C++)	Apache-licens	[5]	Ja
massPy	Simuleringsverktyg som kan fungera med COBRApy	multiplattform (Python)	MIT	[6]	Ja
MCell	GUI-verktyg för partikelbaserad rumslig stokastisk simulering med individuella molekyler	multiplattform	MIT och GPLv2	[7]	Inte tillämpbar
OpenCOR	En plattformsoberoende modelleringsmiljö, som syftar till att organisera, redigera, simulera och analysera CellML- filer på Windows , Linux och macOS .	multiplattform (C++/Python)	GPLv3	[8]	Använder CellML
PhysiBoSS	En specialiserad form av PhysiCell-agentbaserad modelleringsplattform som direkt integrerar booleska signalnätverk i cellagenter	multiplattform (C++)	BSD-3	[9]	Ja, men bara för reaktioner
PhysiCell	Ett agensbaserat modelleringsramverk för multicellulär systembiologi.	multiplattform (C++)	BSD-3	[10]	Ja, men bara för reaktioner
PySCeS	Python-verktyg för modellering och analys av SBML-modeller	multiplattform (Python)	BSD-3	[11]	Ja
pySB	Python-baserad plattform med specialisering på regelbaserade modeller.	multiplattform (Python)	BSD-3	[12]	Partiell
Klar	Partikelbaserad rumslig simulator med intermolekylära potentialer	Linux och Mac	Beställnings	[13]	Inte tillämpbar
SBSCL	Java-bibliotek med effektivt och uttömmande stöd för SBML	multiplattform (Java)	LGPL	[14]	Ja
SBW (mjukvara)	En distribuerad arbetsbänk som innehåller många modelleringsverktyg	multiplattform (C/C++)	BSD-3	[15]	Ja
Smoldyn	Partikelbaserad simulator för rumsliga stokastiska simuleringar med individuella molekyler	multiplattform (C/C++/Python)	LGPL	[16]	Inte tillämpbar
Spatiocyt	Programvara för rumslig modellering som använder ett fint gitter med upp till en molekyl per plats	multiplattform	Okänd	[17]	Inte tillämpbar
SpringSaLaD	Partikelbaserad rumslig simulator där molekyler är sfärer som är sammanlänkade av fjädrar	multiplattform	Okänd	[18]	Inte tillämpbar
STEG	Stokastisk reaktion-diffusion och membranpotentiallösare på distribuerade maskor	multiplattform (C++/Python)	GPLv2	[19]	Partiell [20]
Tellur (mjukvara)	Simuleringsmiljö, som paketerar flera bibliotek till en plattform.	multiplattform (Python)	Apache-licens	[21]	Ja
URDME	Stokastisk reaktion-diffusionssimulering på ostrukturerade maskor	MatLab på Mac, Linux	GPL3	[22]	Inte tillämpbar
VCell	Omfattande modelleringsplattform för icke-spatiala, rumsliga, deterministiska och stokastiska simuleringar, inklusive både reaktionsnätverk och reaktionsregler.	multiplattform (Java)	MIT	[23]	Ja

Funktionstabeller

Modelleringsparadigm som stöds

namn	ODE	Begränsningsbaserad	Stokastisk	Logisk	Agent baserad	Rumslig (partikel)	Rumslig (kontinuerlig)
iBioSim	Ja	Nej	Ja	Nej	Begränsad	Nej	Nej
CompuCell3D	Ja	Nej	Nej	Nej	Ja	Nej	Ja
COPASI	Ja	Nej	Ja	Nej	Nej	Nej	Nej
Cytosim	Nej	Nej	Ja	Nej	?	Ja	?
libroadrunner	Ja	Nej	Ja	Nej	Nej	Nej	Nej
massPy	Använder libroadrunner	Använder COBRApy	Nej	Nej	Nej	Nej
MCell	Nej	Nej	?\Nej	Nej	Nej	Ja	Nej
OpenCOR	Ja	Nej	Nej	Nej	Nej	Nej	Nej
PhysiBoSS
PhysiCell	Använder libroadrunner	Nej	Nej	Nej	Ja	?	Ja
PySCeS	Ja	Nej	?	Nej	Nej	Nej	Nej
pySB	Ja	Nej	Nej	Nej	Nej	Nej	Nej
Klar
SBSCL	Ja	?	?	Nej	Nej	Nej	Nej
SBW	Ja	Nej	Ja	Nej	Nej	Nej	Nej
Smoldyn	Nej	Nej	Nej	Nej	Nej	Nej	Ja
Spatiocyt
SpringSaLaD
STEG
Tellur (mjukvara)	Använder libroadrunner
URDME
VCell	Ja	Nej	?	Nej	Nej	Nej	Enstaka cell

Specifika egenskaper för differentialekvationer

namn	Icke-styv lösare	Hård lösare	Steady-state-lösare	Steady-state känslighet	Tidsberoende känslighet	Bifurkationsanalys
iBioSim	Ja	Ja	Nej	Nej	?	Nej
CompuCell3D	Använder libroadrunner					NA
COPASI	Ja	Ja	Ja	Ja	?	Begränsad
libroadrunner	Ja	Ja	Ja	Ja	Ja	via plugin
massvis	Använder libroadrunner
OpenCOR	Ja	Ja	?	?	?	Nej
PhysiBoSS
PhysiCell	Använder libroadrunner
PySCeS	Ja	Ja	Ja	Ja	?	Begränsat+
pySB	Ja	Nej	Nej	Nej	Nej	Nej
SBSCL
SBW	Använder C#-utgåvan av roadrunner					Ja
Tellur (mjukvara)	Använder libroadrunner
VCell	Ja	Ja	Nej	Nej	Nej	Nej

Stöd för filformat och gränssnittstyp

namn	Importera	Exportera	Primärt gränssnitt	Nätverksvisualisering (redigering)
iBioSim	SBML	SBML	GUI	Jaja)
CompuCell3D	Native XML-specifikationsformat och SBML	Native XML	GUI/Python-skript	Nej
COPASI	Native XML-specifikationsformat och SBML	Native XML och SBML	GUI	Ja Nej)
libroadrunner	SBML	SBML	Python-skript	Nej
massvis	SBML	SBML	Python-skript	Nej

Avancerade funktioner (där tillämpligt)

namn	Stökiometri matris	Reducerad stoich matris	Analys av konserverad del	Jacobian	MCA
COPASI	Ja	Ja	Ja	Ja	Ja
libroadrunner	Ja	Ja	Ja	Ja	Ja
massvis	via libroadrunner
PySCeS	Ja	Ja	Ja	Ja	Ja
VCell	?	?	?	?	Begränsad

Andra funktioner

namn	Parameteruppskattning	DAE-stöd	Stöd för enheter
iBioSim	Nej	?	?
ComputeCell3D	NA	NA	?
COPASI	Ja	Nej	Ja
libroadrunner	via Python-paket	Begränsad	Ja
massapig	via Python-paket	Begränsad	Ja

Partikelbaserade simulatorer

Partikelbaserade simulatorer behandlar varje molekyl av intresse som en individuell partikel i ett kontinuerligt utrymme, och simulerar molekylär diffusion, molekyl-membraninteraktioner och kemiska reaktioner.

Jämförelse av partikelbaserade simulatorer

Följande lista jämför funktionerna för flera partikelbaserade simulatorer. Denna tabell är redigerad från en version som ursprungligen publicerades i Encyclopedia of Computational Neuroscience. Systemgränskoder: R = reflekterande, A = absorberande, T = sändande, P = periodisk och I = interagerande. * Algoritmen är exakt men programvara gav felaktiga resultat vid tidpunkten för den ursprungliga tabellkompileringen. † Dessa benchmark körtider är inte jämförbara med andra på grund av olika detaljnivåer.

Funktion	MCell	Smoldyn	eGFRD	SpringSaLaD	Klar
Tidssteg	~1 oss	ns till ms	händelsebaserad	~10 ns	~0,1 ns till oss
Molekyler	poäng	punkter, sfärer	sfärer	flera sfärer	flera sfärer
Mått	2,3	1,2,3	3	3	3
Systemgränser	FÖRSJUNKEN	FÖRSJUNKEN	P	R	PI
Ytor	triangelnät	många primitiver	-	1 plan yta	plan, sfär
Ytmolekyler	1/bricka, 2 stater	obegränsat, 4 stater	-	obegränsat, 3 stater	-
Utesluten volym	-	excellent	exakt	Bra	excellent
Multimerer	endast stater	regelbaserad modell	-	explicit	explicit
Allosteri	-	ja	-	ja	-
Reaktionsnoggrannhet	mycket bra	excellent	exakt*	excellent	excellent
Dissociationsprodukter	stokastisk	fast separation	intilliggande	intilliggande	intilliggande
Molekyl-yta interaktioner	Bra	excellent	-	endast till webbplatser	potentialer
Långdistansinteraktioner	-	ja	-	-	ja
Benchmark körtid	67 s	22 s	13 dagar†	9,1 månader†	13 minuter
Distribution	körbar	körbar	självkompilera	Java-fil	självkompilera
Användargränssnitt	GUI, text	text	text	GUI	Python-skript
Grafisk utgång	excellent	Bra	partiellt stöd	partiellt stöd	Bra
Bibliotekets gränssnitt	Pytonorm	C/C++, Python	-	-	Pytonorm
Referenser

Äldre mjukvaruapplikationer med öppen källkod

Följande listar några mycket tidig programvara för modellering av biokemiska system som utvecklades före 1980-talet. Det finns listade för historiskt intresse.

namn	Beskrivning/Noterbarhet	Språk	Terminus ante quem
BIOSIM	Den första inspelade digitala simulatorn av biokemiska nätverk någonsin (av David Garfinkel)	FORTRAN IV	1968
KDF 9	Första simulatorn som stöder MCA . Utvecklad av den bortgångne Jim Burns i Edinburgh	Tidig form av FORTRAN	1968
METASIM	Tidig simulator av Park och Wright	PL/1	1973

Följande lista visar några av de programvarumodeller som utvecklades på 1980- och 1990-talen. Det finns listade för historiskt intresse.

namn	Beskrivning/Noterbarhet	Språk	SBML Support	Terminus ante quem
COR	Första offentliga CellML- baserade miljön.	Objekt Pascal	Använder CellML	2010
DBsolve	Tidig GUI-baserad simuleringsplattform.	C/C++	Nej	1999
E-cell	Ett av de tidigaste försöken med en helcellsmodelleringsplattform.	C/C++	Nej	1999
Gepasi	Första GUI-applikation som stödde metabolisk kontrollanalys och parameteruppskattning.	C/C++	Ja	1993
Jarnac	Första GUI-baserad applikation för att stödja skript i systembiologiska modellering.	Objekt Pascal	Ja	2000
JSim	Första Java-baserade systembiologiska modelleringsplattform	Java	Ja	2003
MetaMod	En av de första PC-baserade systembiologisimulatorerna	BBC Micro	Nej	1986
Metamodell	Tidig PC-baserad systembiologisimulator	Turbo Pascal 5.0	Nej	1991
DIMMA	GUI-baserad simulator	Borland Pascal 7.0	Nej	1995
SLYNGEL	Första applikationen för att stödja metabolisk kontrollanalys och simulering på en PC	Pascal, senare i C	Nej	1985 (avhandling)