১১.১ জীববিজ্ঞানে প্রোগ্রামিং

হাতে-কলমে গণনার যুগ থেকে, আমরা বর্তমানে বৃহৎ পরিসরে (অর্থাৎ, উচ্চ-থ্রুপুট) ডেটা উৎপাদন, স্বয়ংক্রিয় বিশ্লেষণ এবং ভবিষ্যদ্বাণীর পর্যায়ে রয়েছি। প্রযুক্তিগত অগ্রগতি বিপুল পরিমাণ ডেটা তৈরি করার জন্য একটি আশীর্বাদ হিসেবে প্রমাণিত হয়েছে, যা কয়েক দশক আগেও অকল্পনীয় ছিল এবং যা আরও কঠিন প্রশ্নগুলির সমাধান করে। তবে, বিপুল ডেটার আগমনও ডেটার সংরক্ষণ, দৃশ্যায়ন, স্থানান্তর, বিশ্লেষণ এবং ব্যাখ্যায় বিশাল চ্যালেঞ্জ নিয়ে এসেছে। এক দশক আগে যা দানবীয় কাজ বলে মনে হত তা এখন তুচ্ছ বলে মনে হয়।

কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তা এবং মেশিন লার্নিং কৌশলের উদ্ভব প্রায় প্রতিটি ক্ষেত্রেই গবেষণার অনুশীলন পরিবর্তন করেছে। এটি ক্রমবর্ধমানভাবে স্পষ্ট হয়ে উঠছে যে, ভবিষ্যতে, বিজ্ঞানের অগ্রভাগে কাজ করা তরুণ জীবপ্রযুক্তি শিক্ষার্থীদের প্রাথমিক প্রোগ্রামিং জ্ঞান এবং রসায়ন ও পরিসংখ্যানগত পদ্ধতির সাথে স্বাচ্ছন্দ্যের প্রয়োজন হতে পারে।

এই অধ্যায়ের উদ্দেশ্য প্রোগ্রামিং ভাষার একটি সম্পূর্ণ বর্ণনা দেওয়া নয়, বরং জীববিজ্ঞানীদের জন্য প্রাসঙ্গিক কিছু সর্বাধিক জনপ্রিয় উচ্চ-স্তরের ভাষার একটি মৃদু পরিচয় দেওয়া।

যদিও বায়োইনফরমেটিক্স সফ্টওয়্যার সমস্ত উপলব্ধ অপারেটিং সিস্টেম (OS) প্ল্যাটফর্মের জন্য উন্নত করা হচ্ছে, সফল অ্যাপ্লিকেশনের বেশিরভাগই লিনাক্স প্ল্যাটফর্মে তৈরি করা হয়েছে। বায়োইনফরমেটিক্সের শুরু থেকেই, PERL ক্রম-ভিত্তিক বৃহৎ ডেটা হ্যান্ডলিংয়ের কেন্দ্রে রয়েছে। বর্তমানে এই প্ল্যাটফর্মগুলি উন্নত পারফর্মিং ভাষা, সাধারণত পাইথন এবং $R$ দ্বারা সমৃদ্ধ হচ্ছে, যা জৈবিক সমস্যা সমাধানের জন্য পরিসংখ্যানগত প্যাকেজের শক্তিশালী সুবিধা প্রদান করে। একইভাবে, পাইথন মডিউলগুলি স্ট্যান্ডঅ্যালোন, ওয়েব সার্ভার এবং ক্লাউড কম্পিউটিং-এ বৃহৎ ডেটা সেট হ্যান্ডলিংয়ের জন্য দৃশ্যায়ন এবং বিশ্লেষণ মডিউল দ্বারা ক্রমাগত সমৃদ্ধ হচ্ছে। এর বাইরে, MATLAB-ও বায়োইনফরমেটিক্স ডেটা বিশ্লেষণের জন্য খুব ভাল প্ল্যাটফর্ম অন্তর্ভুক্ত করে। নিচে বায়োইনফরমেটিক্সের ক্ষেত্রে সক্রিয় কয়েকটি সর্বাধিক উন্নত ভাষার বর্ণনা দেওয়া হল:

পাইথন: এটি গুইডো ভ্যান রোসাম (১৯৯১) দ্বারা তৈরি একটি উচ্চ-স্তরের প্রোগ্রামিং সাধারণ-উদ্দেশ্য ভাষা। এটি একটি অবজেক্ট ওরিয়েন্টেড প্রোগ্রামিং ইন্টারেক্টিভ ভাষা যা ইউনিক্স, ম্যাক এবং উইন্ডোজে চলতে পারে। পাইথন বায়োইনফরমেটিক্স সম্প্রদায়ের মধ্যে খুব জনপ্রিয়, মূলত কারণ: (i) ব্যবহৃত শব্দগুলির স্পষ্ট অর্থ এবং বিবৃতির গঠন (ii) এর অভিব্যক্তিমূলকতা এবং অবজেক্ট-ওরিয়েন্টেড প্রোগ্রামিং-এর সাথে সামঞ্জস্য, এবং (iii) লাইব্রেরি এবং তৃতীয় পক্ষের টুলকিটের প্রাপ্যতা। পাইথন সফলভাবে ক্রম এবং গঠন বিশ্লেষণ, ফাইলোজেনেটিক্স ইত্যাদির জন্য ব্যবহৃত হয়েছে।

$\mathbf{R}$ : নামটি $\mathrm{R}$ এর উদ্ভাবক, রবার্ট জেন্টলম্যান এবং রবার্ট ইহাকা থেকে নেওয়া হয়েছে, যারা ভাষাটি তৈরি করেছিলেন। $\mathrm{R}$ ভাষা একটি দ্রুত এবং নির্ভরযোগ্য কার্যকরী প্রোগ্রামিং ভাষা হিসাবে ব্যাপক গ্রহণযোগ্যতা অর্জন করেছে যা জৈবিক ডেটার উচ্চ-পরিমাণ বিশ্লেষণ, দৃশ্যায়ন এবং সিমুলেশনের জন্য আদর্শ। সফ্টওয়্যারটি বিনামূল্যে এবং ওপেন সোর্স। $\mathrm{R}$ ভাষা জিনোম ক্রম এবং বায়োমলিকুলার পথের বিশ্লেষণের জন্য ব্যবহৃত হয়েছে।

ডেটা বিশ্লেষণ থেকে সিস্টেম ডিজাইনে যাওয়ার সাথে সাথে, নতুন প্রোগ্রামিং ভাষার উদ্ভব হয়েছে। তাদের মধ্যে রয়েছে- GEC (জেনেটিক ইঞ্জিনিয়ারিং অফ লিভিং সেলস), একটি নিয়ম-ভিত্তিক ভাষা যা মাইক্রোসফট দ্বারা তৈরি এবং কেরা, একটি অবজেক্ট ওরিয়েন্টেড নলেজ-ভিত্তিক প্রোগ্রামিং ভাষা যা কেরালা বিশ্ববিদ্যালয়ের ডঃ উমেশ পি দ্বারা তৈরি। কেরা (কেরালার সংক্ষিপ্ত রূপ, নারকেলও বোঝায়) জিনোম, প্রোটিন এবং কোষ সম্পর্কিত তথ্য সংগ্রহ করে, ব্যবহারকারী-সম্পাদিত একটি জৈবিক লাইব্রেরি ব্যবহার করে যার নাম সামহিতা।

১১.২ সিস্টেমস বায়োলজি

১১.২.১ ভূমিকা

আপনি জানেন, প্রকৃতির রহস্য বোঝার জন্য, বিজ্ঞানীরা প্রাচীন কাল থেকে পরীক্ষা-নিরীক্ষা করছেন। এই পরীক্ষার ফলাফলগুলি সাহিত্যে ডেটার আকারে রেকর্ড করা হয়। ছোট ছোট ডেটা থেকে শুরু করে বড় ডেটা পর্যন্ত, দশকের পর দশক ধরে পরীক্ষামূলক প্রচেষ্টা থেকে ডেটা সংগ্রহ করা হচ্ছে। বর্তমানে, জীববিজ্ঞানের একটি বৃহৎ আকারের ডেটা তৈরি করা হচ্ছে এবং ডেটাবেস নামক বিভিন্ন ধরণের সংগ্রহশালায় ডিজিটাল ফরম্যাটে সংরক্ষণ করা হচ্ছে। এই ডিজিটাল ডেটাগুলি সম্পদ যা গবেষকদের জন্য ভিত্তি তৈরি করে এমন কম্পিউটেশনাল মডেল তৈরি করতে যা আমাদের জটিল জৈবিক সিস্টেমের মতো কাজ করতে পারে, অর্থাৎ, যা আমরা বাস্তবে ইন-ভিট্রো/ইন-ভিভো পরীক্ষা বা বাস্তব জীবনে পর্যবেক্ষণ করি। এই ধারণাগুলির বাস্তবায়ন জটিল জৈবিক সিস্টেমের অনুকরণ করার জন্য গাণিতিক এবং কম্পিউটেশনাল মডেলের সাথে করা হচ্ছে। এই মডেলগুলিকে সিস্টেম মডেল বলা হয়। অতএব, আপনি সিস্টেমস বায়োলজিকে সিস্টেম মডেলের উপস্থাপনা হিসাবে কল্পনা করতে পারেন। বর্তমানে সিস্টেমস বায়োলজি শক্তিশালী প্রয়োগ সহ নিবিড় গবেষণার একটি ক্ষেত্রে পরিণত হয়েছে। এইভাবে, এটি অধ্যয়নের একটি আন্তঃবিভাগীয় ক্ষেত্র যা জৈবিক সিস্টেমের মধ্যে জটিল জৈবিক মিথস্ক্রিয়ার উপর ফোকাস করে (চিত্র ১১.১)। সিস্টেমস বায়োলজির ধারণাটি বিভিন্ন ধরণের জৈবিক প্রেক্ষাপটে গৃহীত হচ্ছে, বিশেষত গত দুই দশক থেকে। মানব জিনোম প্রকল্পটি সিস্টেমস বায়োলজির চিন্তার অন্যতম গৌরবময় বীজ বপন, যা আজকের সিস্টেমস বায়োলজির নতুন দিগন্তের সূচনা করেছিল। বর্তমানে, সিস্টেমস বায়োলজি মডেলগুলি কোষ, টিস্যু এবং জীবের উদীয়মান কার্যকরী বৈশিষ্ট্যগুলির আবিষ্কারের জন্য তাত্ত্বিক বর্ণনা প্রদান করতে পারে, যা শুধুমাত্র পরীক্ষার মাধ্যমে সম্ভব ছিল। সবচেয়ে দক্ষ সিস্টেম মডেলের উদাহরণ হল বিপাকীয় বা সংকেত নেটওয়ার্ক। জৈবিক সিস্টেমের ক্রিয়ার প্রক্রিয়া সম্পর্কে মৌলিক বোঝাপড়ার পাশাপাশি, সিস্টেমস বায়োলজি শক্তিশালী প্রয়োগের জন্য তীব্রভাবে ব্যবহার করা হচ্ছে, যেমন, স্বাস্থ্য এবং রোগের ক্ষেত্রে জৈবিক নেটওয়ার্ক থেকে আধুনিক থেরাপিউটিক্স পর্যন্ত।

১১.২.২ ঐতিহাসিক দৃষ্টিকোণ

সিস্টেমস বায়োলজির উদ্ভবের আগে, জৈবিক বিজ্ঞানে গবেষণার দৃশ্য (যেমন, ১৯০০ - ১৯৭০) গবেষণার খণ্ডিত উপাদান হিসাবে শারীরবৃত্তি, জনসংখ্যা গতিবিদ্যা, এনজাইম গতিবিদ্যা, নিয়ন্ত্রণ তত্ত্ব, সাইবারনেটিক্স ইত্যাদির আশেপাশে বিস্মিত ছিল। সিস্টেমস বায়োলজিকে একটি শারীরবৃত্তীয় বর্ণনা থেকে বিবর্তিত হওয়ার জন্য চিহ্নিত করা হয়েছে, যখন ১৯৫২ সালে অ্যালান লয়েড হজকিন এবং অ্যান্ড্রু ফিল্ডিং হাক্সলি (নোবেল পুরস্কার বিজয়ী) একটি স্নায়ু কোষের অ্যাক্সন বরাবর অ্যাকশন পটেনশিয়াল প্রচারের জন্য একটি গাণিতিক মডেল বর্ণনা করেছিলেন। তত্ত্বের আরও উন্নত বাস্তবায়ন ১৯৬০ সালে উদ্ভূত হয়েছিল যখন হৃদয় পেসমেকারের প্রথম কম্পিউটার মডেল ডেনিস নোবল দ্বারা তৈরি করা হয়েছিল [PMID 13729365]। সিস্টেমস বায়োলজি আনুষ্ঠানিকভাবে চালু করা হয়েছিল সিস্টেম তাত্ত্বিক মিহাজলো মেসারোভিচ দ্বারা ১৯৬৬ সালে ক্লিভল্যান্ড, ওহাইও-এর কেস ইনস্টিটিউট অফ টেকনোলজিতে, “সিস্টেমস থিওরি অ্যান্ড বায়োলজি” শিরোনামে। ১৯৬৮ সালে, লুডভিগ ভন বার্টালানফি দ্বারা সিস্টেমস বায়োলজি সম্পর্কে প্রথম তত্ত্ব প্রকাশিত হয়েছিল, যা এই শাস্ত্রের অগ্রদূত হিসাবে বিবেচিত হয়। ১৯৬০ এবং ১৯৭০ এর দশকের মধ্যে সময়কাল ছিল জটিল আণবিক সিস্টেমের একাধিক দিকের বিকাশের দশক, যেমন মেটাবলিক কন্ট্রোল অ্যানালাইসিস এবং বায়োকেমিক্যাল সিস্টেমস থিওরি। তদুপরি, আণবিক জীববিজ্ঞানের সাথে সিস্টেম তত্ত্বের সংশয় তাত্ত্বিক জীববিজ্ঞানের বিকাশ দ্বারা ভেঙে পড়েছিল, যার মধ্যে জৈবিক প্রক্রিয়াগুলির পরিমাণগত মডেলিং অন্তর্ভুক্ত। ১৯৯০-এর দশক থেকে, কার্যকরী জিনোমিক্স উচ্চ-মানের জৈবিক ডেটার বৃহৎ পরিমাণ তৈরি করছে, যা আরও বাস্তবসম্মত মডেলের বিকাশে সাহায্য করছে। সিস্টেমস বায়োলজির ক্ষেত্রে এই উন্নয়নের ধারাবাহিকতায়, ন্যাশনাল সায়েন্স ফাউন্ডেশন (NSF) পুরো কোষটিকে গাণিতিকভাবে মডেল করার জন্য একটি চ্যালেঞ্জ উপস্থাপন করে। এই দিকে, ২০০৩ সালে, ম্যাসাচুসেটস ইনস্টিটিউট অফ টেকনোলজি সাইটোসলভের সাথে এই চ্যালেঞ্জের সমাধানের সন্ধান শুরু করে। অবশেষে, ২০১২ সালে মাইকোপ্লাজমা জেনিটালিয়ামের (কোষ প্রাচীরবিহীন ব্যাকটেরিয়া) সম্পূর্ণ কোষ মডেল, জিনগত মিউটেশনের প্রতিক্রিয়ায় কোষের বেঁচে থাকার ভবিষ্যদ্বাণীর জন্য, নিউ ইয়র্কের মাউন্ট সিনাই স্কুল অফ মেডিসিন দ্বারা তৈরি করা হয়েছিল। বর্তমানে, একটি বড় সিস্টেমস বায়োলজি প্রকল্প, যথা ‘ফিজিওম’ চলছে (http:/physiomeproject.org/)। এই প্রকল্পের লক্ষ্য হল শারীরবৃত্তীয় কার্যকারিতা বোঝার জন্য একটি মাল্টি-স্কেল মডেলিং ফ্রেমওয়ার্ক তৈরি করা যা মডেলগুলিকে একটি শ্রেণিবদ্ধ পদ্ধতিতে একত্রিত এবং সংযুক্ত করতে দেয়। উদাহরণস্বরূপ, হৃদয়ের ইলেক্ট্রোমেকানিক্যাল মডেলগুলিকে সাবসেলুলার স্তরে আয়ন চ্যানেল, মায়োফিলামেন্ট মেকানিক্স এবং সিগন্যাল ট্রান্সডাকশন পাথওয়ের মডেলগুলির সাথে একত্রিত করতে হবে এবং তারপর এই প্রক্রিয়াগুলিকে টিস্যু মেকানিক্স, ওয়েভফ্রন্ট প্রোপাগেশন এবং করোনারি রক্ত প্রবাহের মডেলগুলির সাথে সংযুক্ত করতে হবে - যার প্রতিটি সম্ভবত গবেষকদের একটি ভিন্ন দল দ্বারা তৈরি করা হয়েছে।

১১.২.৩ সিস্টেমস বায়োলজির পিছনের থিম

জীববিজ্ঞানের বিভিন্ন শাখাকে কভার করার জন্য, সিস্টেমস বায়োলজিকে বিভিন্ন দিক থেকে পর্যবেক্ষণ করা হয়েছে। রিডাকশনিস্টরা একটি সিস্টেমের উপাদান এবং মিথস্ক্রিয়া চিহ্নিত করার কাজ করেছেন

চিত্র ১১.১: সিস্টেমস বায়োলজির চিত্রণ একটি আন্তঃবিভাগীয় ক্ষেত্র হিসাবে যা জৈবিক সিস্টেমের মধ্যে জটিল জৈবিক মিথস্ক্রিয়ার উপর ফোকাস করে

কিন্তু সিস্টেমের বহুত্ববাদ বর্ণনা করার জন্য কোনও বাধ্যকারী পদ্ধতি বিকশিত করা যায়নি। বহুত্ববাদকে একই সাথে একাধিক উপাদানের পরিমাণগত পরিমাপের মাধ্যমে আরও ভালভাবে পর্যবেক্ষণ করা যেতে পারে এবং এটি কেবলমাত্র কঠোর ডেটা ইন্টিগ্রেশন ধারণকারী গাণিতিক মডেলের মাধ্যমেই সম্ভব। এইভাবে বলা যেতে পারে যে সিস্টেমস বায়োলজি হল বিভিন্ন উপাদানকে একত্রিত করে সিস্টেমের পর্যবেক্ষণ (চিত্র ১১.১)। সিস্টেমস বায়োলজির থিমের কেন্দ্রে সমস্ত পৃথক উপাদানকে একত্রে কভার করা হল: ‘অবজেক্ট নেটওয়ার্ক ম্যাপিং এবং আন্তঃনির্ভরশীল গতিশীল ইভেন্ট-গতিবিদ্যার সাথে আংশিক ডিফারেনশিয়াল সমীকরণের সাথে এর ইন্টিগ্রেশন’।

১১.২.৪ সিস্টেমস বায়োলজি পরীক্ষার প্রোটোকল

একটি স্ট্যান্ডার্ড সিস্টেমস বায়োলজি পরীক্ষা সম্পাদন করতে, বিচ্ছিন্ন ধাপগুলি, যেমন চিত্র ১১.২-এ দেখানো হয়েছে, অনুসরণ করা হয়।

পুরো প্রোটোকল মূলত সমস্যার সংজ্ঞা, পরীক্ষার নকশা, ডেটা তৈরি করার জন্য পরীক্ষা সম্পাদন, ফলাফল ডেটা সংগ্রহ এবং উপযুক্ত ফাইল ফরম্যাটে তাদের ব্যবস্থা এবং তারপর নেটওয়ার্ক ইনফারেন্সের বিকাশ জড়িত। এর পরে এই নেটওয়ার্ক ইন্টারফেস স্থানান্তর করা হয় যা যথাযথ এবং প্রক্রিয়া-ভিত্তিক হওয়া উচিত যাতে মডেলটি সেই অনুযায়ী তৈরি করা যায়। এর পরে মডেল-ভিত্তিক সিমুলেশন ফলাফল এবং পরীক্ষামূলক ডেটার মধ্যে পার্থক্যের বিশ্লেষণ এবং সেই অনুযায়ী পর্যবেক্ষিত পার্থক্যগুলির সাথে রেফারেন্সে হাইপোথিসিস মডেল করা হয়। অবশেষে, সিমুলেশন পুনরাবৃত্তি করা হয় এবং বারবার পরীক্ষা করা হয়, এবং নতুন হাইপোথিসিস মডেলে অন্তর্ভুক্ত করা হয়।

এইভাবে, সিস্টেমস বায়োলজির জন্য গণনার কাজের প্রবাহ (যেমন চিত্র ১১.২-এ চিত্রিত) ডেটা-ব্যবস্থাপনা, নেটওয়ার্ক বিকাশ পরামিতির অপ্টিমাইজেশন, কর্মক্ষমতা বিশ্লেষণ এবং মূল্যায়নের প্রয়োজন।

চিত্র ১১.২: সিস্টেমস বায়োলজি পরীক্ষা বাস্তবায়নের জন্য ওয়ার্কফ্লো

সিস্টেমস বায়োলজির জন্য গঠনগত ডেটা সংগ্রহের জন্য ডেটা ব্যবস্থাপনার মান সংজ্ঞায়িত করা হয়েছে। সেই অনুযায়ী, ডেটা ব্যবস্থাপনার জন্য তিনটি মৌলিক দিক বিবেচনা করা হয় যা নিচে ব্যাখ্যা করা হল-

(i) সর্বনিম্ন তথ্য

সর্বনিম্ন তথ্য বিভিন্ন পরীক্ষা যেমন মাইক্রোঅ্যারে, প্রোটিওমিক, জৈবিক এবং বায়োমেডিকাল তদন্ত থেকে প্রয়োজনীয় সহায়ক তথ্যের একটি সেট উপস্থাপন করে। এই সংগৃহীত ডেটা সম্পর্কে মেটাডেটা অন্তর্ভুক্ত করা যত্ন নেওয়ার একটি গুরুত্বপূর্ণ বিষয়।

(ii) ফাইল ফরম্যাট

সর্বনিম্ন তথ্যের জন্য সংগৃহীত ডেটা নির্দিষ্ট ফাইল ফরম্যাটে সংরক্ষণ করা হয়। এই ফরম্যাটগুলি সাধারণত এক্সটেনসিবল

মার্কআপ ল্যাঙ্গুয়েজ (XML) ভিত্তিক, যার কম্পিউটার দ্বারা স্বয়ংক্রিয়ভাবে প্রক্রিয়া করার সুবিধা রয়েছে।

(iii) অন্টোলজি

অন্টোলজি ডেটার একটি শব্দার্থিক টীকা সংজ্ঞায়িত করে, যা বিভিন্ন শব্দের মধ্যে শ্রেণিবদ্ধ সম্পর্ক উপস্থাপন করে। কয়েকটি গুরুত্বপূর্ণ উদাহরণ হল, জিন অন্টোলজি (GO) এবং সিস্টেমস বায়োলজি অন্টোলজি (SBO)।

বর্তমান ডেটা-ব্যবস্থাপনা সিস্টেমগুলির মধ্যে স্প্রেডশিট, ওয়েব-ভিত্তিক ইলেকট্রনিক ল্যাব নোটবুক (ELN), এবং ল্যাবরেটরি ইনফরমেশন ম্যানেজমেন্ট সিস্টেম (LIMS) অন্তর্ভুক্ত রয়েছে। ডেটা-ব্যবস্থাপনা সিস্টেমগুলিকে কাস্টমাইজ করা হয়েছে এমনভাবে যে সেগুলি বিভিন্ন বিশ্লেষণ টুল এবং কম্পিউটেশনাল ওয়ার্কফ্লোর সাথে অ্যাক্সেস এবং ইন্টিগ্রেট করা যায়। কনস্ট্যান্স ইনফরমেশন মাইনার (KNIME), caGrid23, Taverna24, Bio-STEER25 এবং Galaxy26-এর মতো সিস্টেমগুলি বিশেষায়িত ওয়ার্কফ্লো নির্মাণ, সম্পাদন এবং ভাগ করার অনুমতি দেয়। এই ওয়ার্কফ্লোগুলি ডেটা বিনিময়, ডেটা ইন্টিগ্রেশন এবং ইন্টার-টুল যোগাযোগ সক্ষম করে কম্পিউটেশনাল পাইপলাইন প্রদান করে। ডেটা ব্যবস্থাপনা, নেটওয়ার্ক ইনফারেন্স, কিউরেশন, সিমুলেশন, মডেল বিশ্লেষণ, আণবিক মিথস্ক্রিয়া এবং শারীরবৃত্তীয় মডেলিং টুলগুলির একটি তালিকা সারণী ১১.১-এ দেওয়া হয়েছে।

সারণী ১১.১ সফ্টওয়্যার, টুল এবং ডেটা সম্পদের একটি সম্পদ ম্যাট্রিক্স

এই সিস্টেম মডেলিং টুলগুলিতে আন্তঃসংযুক্ত আংশিক ডিফারেনশিয়াল সমীকরণ (PDE) এর সেট অন্তর্ভুক্ত রয়েছে যা স্থান-কালীন সিস্টেমগুলিকে উপস্থাপন করে। PDEগুলি ফাইনিট এলিমেন্ট মেথড (FEM) দ্বারা সমাধান করা হয়, যা PDE-এর জন্য আনুমানিক সমাধানের একটি সংখ্যাসূচক কৌশল। PDEগুলি ANSYS, FreeFEM++, OpenFEM এবং MATLAB দ্বারা সমাধান করা যেতে পারে।

এখানে বেশ কয়েকটি টুল রয়েছে, যা সিস্টেম মডেলিংয়ের জন্য ব্যবহৃত হয়। এর মধ্যে রয়েছে: JSim, OpenCell এবং ফ্লেক্সিবল লার্জ-স্কেল এজেন্ট-ভিত্তিক মডেলিং এনভায়রনমেন্ট (FLAME) ইত্যাদি। আরও অনেক সিমুলেশন টুল উন্নয়নের অধীনে রয়েছে যা সিমুলেশনের আরও বাস্তব জীবনের দিকগুলিকে স্পর্শ করে।

১১.২.৫ মডেল-বিশ্লেষণ পদ্ধতি

জটিল জৈবিক মডেলের আচরণ বিশ্লেষণ করার জন্য বেশ কয়েকটি গাণিতিক কৌশল তৈরি করা হয়েছে। মডেল বিশ্লেষণের জন্য কিছু মৌলিক নীতি নিচে উপস্থাপন করা হল-

(i) সংবেদনশীলতা বিশ্লেষণ

সংবেদনশীলতা বিশ্লেষণ বিভিন্ন বিভ্রান্তির বিরুদ্ধে সিস্টেমের স্থিতিশীলতা এবং নিয়ন্ত্রণযোগ্যতা সম্পর্কে বর্ণনা করে। সংবেদনশীলতা বিশ্লেষণের জন্য কিছু গুরুত্বপূর্ণ টুল হল: SBML-SAT, MATLAB SimBiology, ByoDyn এবং SensSB।

(ii) বাইফারকেশন এবং ফেজ-স্পেস বিশ্লেষণ

বাইফারকেশন এবং ফেজ-স্পেস বিশ্লেষণ সিস্টেম মডেল বিশ্লেষণ করার জন্য করা হয় সম্ভাব্য স্থির এবং গতিশীল প্রবণতা আবিষ্কার করতে। কিছু গুরুত্বপূর্ণ টুল হল: AUTO, XPPAut, BUNKI এবং ManLab।

(iii) বিপাকীয় নিয়ন্ত্রণ বিশ্লেষণ

বিপাকীয় নিয়ন্ত্রণ বিশ্লেষণ (MCA) একটি বিপাকীয় নেটওয়ার্কের বৈশিষ্ট্য (স্থির অবস্থায়) এবং উপাদান বিক্রিয়ার মধ্যে সম্পর্ক বোঝার জন্য করা হয়। MetNetMaker এটি করার জন্য একটি টুল।

সারসংক্ষেপ

• জীববিজ্ঞানীদের দ্বারা প্রতিদিন উৎপাদিত ডেটার পরিমাণ বৃদ্ধির সাথে, হাইপোথিসিস তৈরি এবং অন্বেষণ করার জন্য জটিল ডেটাসেটগুলিকে দক্ষতার সাথে পরিচালনা করা আরও গুরুত্বপূর্ণ হয়ে উঠেছে। প্রোগ্রামিং ভাষাগুলি বিজ্ঞানীদের জন্য জৈবিক ডেটা অ্যাক্সেস, ফিল্টার এবং ম্যানিপুলেট করা সহজ করে তোলে।
• কিছু সর্বাধিক উন্নত প্রোগ্রামিং ভাষার মধ্যে রয়েছে পাইথন এবং আর। পাইথন ইউনিক্স, ম্যাক এবং উইন্ডোজে চলতে পারে এবং ক্রম এবং গঠন ডেটাসেটের দৃশ্যায়ন এবং বিশ্লেষণের জন্য ব্যবহৃত হয়। $R$ ভাষা পরিসংখ্যানগত টুলের সুবিধা প্রদান করে এবং উচ্চ-পরিমাণ বিশ্লেষণ এবং দৃশ্যায়নের জন্য উপযুক্ত।
• সিস্টেমস বায়োলজি জটিল জৈবিক ডেটাসেট বিশ্লেষণ করতে কম্পিউটেশনাল পদ্ধতি ব্যবহার করে। সিস্টেম মডেলের উদাহরণ হল বিপাকীয় এবং সংকেত নেটওয়ার্ক।
• ডেটা ব্যবস্থাপনা, নেটওয়ার্ক বিকাশ পরামিতির অপ্টিমাইজেশন, কর্মক্ষমতা বিশ্লেষণ এবং মূল্যায়ন সিস্টেমস বায়োলজির জন্য গণনার কিছু গুরুত্বপূর্ণ প্রয়োজনীয়তা। সিস্টেমস বায়োলজিতে ডেটা ব্যবস্থাপনার তিনটি দিক রয়েছে, যথা সর্বনিম্ন তথ্য, ফাইল ফরম্যাট এবং অন্টোলজি।

অনুশীলনী

১. কেন প্রোগ্রামিং ভাষা জীববিজ্ঞানীদের জন্য একটি আশীর্বাদ?

২. সিস্টেমস বায়োলজির জন্য ডেটা ব্যবস্থাপনার বিভিন্ন দিকগুলির নাম দিন।

৩. ভুল বিবৃতিটি নির্বাচন করুন

(ক) পাইথন একটি প্রোগ্রামিং ভাষা।

(খ) ডেটাসেট হ্যান্ডলিংয়ের জন্য জীববিজ্ঞানীদের পরিসংখ্যানগত টুলের জ্ঞানের প্রয়োজন নেই।

(গ) বেশিরভাগ অ্যাপ্লিকেশন লিনাক্স প্ল্যাটফর্মে তৈরি করা হয়েছে।

(ঘ) পাইথন তৃতীয় পক্ষের টুলকিট প্রদান করে।

৪. সিস্টেমস বায়োলজি হল

(ক) সমস্ত জীবন্ত জীবের পদ্ধতিগত অধ্যয়ন।

(খ) সমস্ত জৈবরাসায়নিক এবং সংকেত পথের পুঙ্খানুপুঙ্খ অধ্যয়ন।

(গ) কম্পিউটেশনাল এবং পরীক্ষামূলক পদ্ধতির মাধ্যমে জৈবিক সিস্টেমের বিস্তারিত অধ্যয়ন।

(ঘ) এনজাইমের গতিবিদ্যার অধ্যয়ন।

৫. নিচের কোনটি ডেটা ব্যবস্থাপনা সিস্টেমে অন্তর্ভুক্ত নয়?

(ক) বিপাকীয় নিয়ন্ত্রণ বিশ্লেষণ

(খ) স্প্রেডশিট

(গ) ওয়েব-ভিত্তিক ইলেকট্রনিক ল্যাব নোটবুক (ELN)

(ঘ) ল্যাবরেটরি ইনফরমেশন ম্যানেজমেন্ট সিস্টেম (LIMS)

৬. সিস্টেমস বায়োলজির প্রয়োজনীয়তা কী?

৭. সিস্টেমস বায়োলজি এবং শারীরবৃত্তির মধ্যে মৌলিক পার্থক্য কী?

৮. পদ্ধতি এবং টুলের সংগ্রহ হিসাবে সিস্টেমস বায়োলজি ব্যাখ্যা করুন।

৯. সিস্টেমস বায়োলজি কি কোষ-কেন্দ্রিক?