Pathway Tools
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Pathway Tools #
Pathway tools는 시스템 생물학 분석을 위한 프로그램으로 유전체 분석, 대사 경로 분석 혹은 유전자 조절 네트워크 등의 분석 등에 이용할 수 있다. 이 프로그램은 BioCyc에서 공개된 다양한 생물 종들의 유전체/대사 경로 데이터베이스와 연동되어 있으며, 데이터베이스를 이용하여 사용자가 원하는 생물 종에 대한 유전체/대사 경로 분석을 수행할 수 있다. 또한, 사용자가 새롭게 구축한 유전체/대사경로 정보를 데이터베이스화하여 BioCyc에 등록 및 공개할 수 있다.
프로그램은 기본적으로 GUI 모드를 제공하며, 이 GUI 모드를 이용하여 구축된 데이터베이스를 수정/삭제 하거나 프로그램 내에 장착된 분석 툴을 이용하여 데이터 분석이 가능하다. 또한, GUI 모드 외에도 Lisp 이라는 언어를 통해 명령어를 이용하여 데이터 처리가 가능하며, Java, Perl, Python, R 등 프로그래밍 언어의 API를 지원한다.
BioCyc #
Pathway/Genome Databases(PGDB)란 전장 유전체 서열이 공개된 종들의 대사 경로 정보와 유전체 정보를 포함하는 유전체/대사 경로 데이터베이스를 뜻한다. BioCyc은 다양한 생물 종에 대한 PGDB들에 대한 데이터베이스이다. 각 생물 종의 PGDB는 PathoLogic 프로그램을 이용하여 기본적인 데이터베이스를 구축한 뒤 대사 경로 정보의 문헌 조사를 통한 수정 단계를 거친 뒤 공개된다. 현재 9,390개의 PGDBs가 공개되어있으며, 세 가지로 구분되는데, 이 구분은 데이터베이스의 수정 강도에 따른다. 데이터베이스의 종류는 다음과 같다.
- Tier 1 PGDBs : Tier1은 PathoLogic 프로그램을 통한 데이터베이스 구축 후 해당 종에 대한 문헌들에 기반하여 대사 정보를 수정하는 단계를 거친 뒤 공개된 데이터베이스이다. Human, E Coli, Arabidopsis 등이 포함된다.
- Tier 2 PGDBs : Tier2는 PathoLogic 프로그램을 통한 데이터베이스 구축 후 false-positive 오류 등에 해당하는 대사 정보등을 수정하는 단계를 거쳐 공개된 데이터베이스이다. Mouse, Bacillus 등이 포함된다.
- Tier 3 PGDBs : Tier3는 PathoLogic 프로그램을 통한 데이터베이스 구축 후 별도의 데이터베이스 수정 단계 없이 공개된 데이터베이스이다.
PathoLogic #
PathoLogic은 유전체 및 대사 경로 등이 완전하게 해독된 종들을 기반으로 새로운 종의 유전자 기능/대사 경로 등을 예측하고, 다른 생물 정보 데이터베이스들을 통합하여 새로운 PGDB를 구축하는 프로그램이다. PGDB의 구성은 아래 그림과 같다.
PathoLogic의 데이터베이스 구축 순서는 다음과 같다.
1. 사용자가 등록한 유전체 데이터 파일(Genbank)을 파싱한다.
2. 새로운 PGDB의 스키마를 초기화한다.
3. 레플리콘, 유전자, 단백질들에 대한 데이터베이스를 생성한다.
4. 효소들을 각 효소가 작용하는 반응식에 분배하고, 반응 작용들을 기반으로 대사경로를 추정한다.
5. 대사경로의 전체적인 도표를 정의한다.
6. 단백질 복합체를 정의한다.
Pathway Tools 기능 #
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유전체 및 대사 경로에 대한 브라우징 및 웹 공개 기능
종에 대한 유전체 데이터베이스를 기반으로 유전체 브라우징 기능과 대사 경로를 시각화 해주며 다른 생물정보 데이터베이스들과 연동하여 세부 정보를 확인할 수 있다. 또한, 사용자가 구축한 데이터베이스를 아파치를 이용하여 웹으로 공개할 수 있다. -
대사체 데이터나 유전자 발현 정보 분석 및 시각화 기능
그림3
유전자 및 대사체 발현 데이터 등을 이용하여 시각화 할 수 있다. -
종 간 유전체 및 대사 경로 비교 분석 기능
사용자가 선택한 종들의 전반적인 유전체 정보 및 대사 경로를 비교 분석할 수 있다. -
대사 경로에 대한 flux balance analysis (FBA) 분석
Flux란 물질의 흐름을 뜻하는데, FBA는 대사 경로 모델을 구축하여 특정 조건(영양 조건, 산소 유무 등)에 따른 물질대사의 변화 흐름을 예측하는 것을 말한다. Pathway tools에서는 MetaFlux 라는 모듈을 이용하여 FBA 분석이 가능하다.
참고문헌 #
- Pathway Tools http://www.pathwaytools.org/
- BioCyc https://biocyc.org/
