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Boolean Networks as Predictive Models of Emergent Biological Behaviors

布尔网络 布尔模型 生物网络 多样性(控制论) 计算机科学 过程(计算) 基因调控网络 理论计算机科学 复杂系统 布尔函数 人工智能 计算生物学 数学 生物 算法 基因 统计 操作系统 生物化学 基因表达
作者
Jordan C. Rozum,Colin Campbell,Eli Newby,Fatemeh Sadat Fatemi Nasrollahi,Réka Albert
出处
期刊:Cornell University - arXiv
标识
DOI:10.48550/arxiv.2310.12901
摘要

Interacting biological systems at all organizational levels display emergent behavior. Modeling these systems is made challenging by the number and variety of biological components and interactions (from molecules in gene regulatory networks to species in ecological networks) and the often-incomplete state of system knowledge (e.g., the unknown values of kinetic parameters for biochemical reactions). Boolean networks have emerged as a powerful tool for modeling these systems. We provide a methodological overview of Boolean network models of biological systems. After a brief introduction, we describe the process of building, analyzing, and validating a Boolean model. We then present the use of the model to make predictions about the system's response to perturbations and about how to control (or at least influence) its behavior. We emphasize the interplay between structural and dynamical properties of Boolean networks and illustrate them in three case studies from disparate levels of biological organization.
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