Υπολογιστική μοντελοποίηση βιοχημικών δικτύων

Abstract

The study of biological processes and systems has seen great development in recent years and has lead to several discoveries in the field of Biology, as well as lead to the use of these achievements in other scientific fields (with a known example being the study of neuronic synapses and the connection of their operation with the neural networks technique in the field of artificial intelligence). This study is an effort to the opposite direction, meaning studying the principles of computer science and their possible connection to biology. More specifically, the aim of this study is the presentation of a hierarchical structure by which the construction of biological analogs of enzymatic reactions that work in the same way as modern electronic devices is possible. The structure presented is being used for the construction of more complex electronic devices, like the electric lock of Shannon, and in the end is used for the construction of computational automata, with finite state machines being the prime example. The latter are simple programmable devices, which means that the structure presented has the potential to construct computational devices based on biological analogs

Η μελέτη των βιολογικών λειτουργιών και συστημάτων έχει γνωρίσει μεγάλη ανάπτυξη τα τελευταία χρόνια και έχει οδηγήσει σε πολλές ανακαλύψεις στον τομέα της Βιολογίας, καθώς και στην χρήση των επιτευγμάτων που προέκυψαν από αυτήν και σε άλλους επιστημονικούς τομείς (με ένα πολύ γνωστό παράδειγμα την μελέτη για την λειτουργία των νευρωνικών συνάψεων και την σύνδεση της λειτουργίας αυτής με την τεχνική των νευρωνικών δικτύων στον τομέα της τεχνικής νοημοσύνης). Η εργασία αυτή είναι μια προσπάθεια προς την αντίθετη κατεύθυνση, δηλαδή η μελέτη των αρχών της επιστήμης των υπολογιστών και της σύνδεσης που αυτές μπορεί να έχουν με την βιολογία. Πιο συγκεκριμένα, σκοπός σε αυτή την εργασία είναι παρουσίαση ενός ιεραρχικά δομημένου προτύπου με το οποίο είναι δυνατή η κατασκευή μοντέλων/αναλόγων βιολογικών ενζυματικών αντιδράσεων τα οποία λειτουργούν τρόπο παρόμοιο με τις σύγχρονες ηλεκτρονικές συσκευές. Το πρότυπο που παρουσιάζεται χρησιμοποιείται και για την κατασκευή σύνθετων ηλεκτρονικών συσκευών, όπως την ηλεκτρική κλειδαριά του Shannon, και στο τέλος χρησιμοποιείται για την κατασκευή υπολογιστικών αυτομάτων, π.χ. μηχανών πεπερασμένων καταστάσεων (finite state machines). Οι τελευταίες είναι απλές προγραμματιζόμενες συσκευές, πράγμα που σημαίνει ότι η δομή που παρουσιάζεται έχει την δυνατότητα κατασκευής ηλεκτρονικών υπολογιστών με βάση βιολογικά ανάλογα.