Dissertação
CelOWS: um framework baseado em ontologias com serviços web para modelagem conceitual em biologia sistêmica
CelOWS: an ontology-driven framework using web services for conceptual modeling in systems biology
Autor
Matos, Ely Edison da Silva
Institución
Resumen
The intensive research at biological science has generated large amounts of data.
Experimental tools, methods and technologies made possible a better understanding of
various functions, structures and processes related to biophysics and physiology. The
increase in the computational power and the application of numerical methods lead to
development and use of more complex physiological models. The need of
understanding of biological systems, at systemic level, lead to recent definition of
Systems Biology, that adopts a systems-driven approach to describe dynamic process
inside the cells.
One can consider three levels of models in Systems Biology: biological,
mathematical and computational. The challenge is how to represent the details of these
levels in a way that can be used to explore, at several levels, the ideas and observations.
The description of a model with a higher level of abstraction is fundamental. The
conceptual modeling allows an abstract data representation, closer to user world,
reducing the semantic gap between the domain and its representation.
This work proposes a conceptual description of biological models, using
ontologies, description logics and semantic rules. A service-oriented framework named
CelOWS is introduced. Its architecture is based on an ontology named CelO (Cell
Component Ontology). The models, described using an ontology language, are
computationally represented as web services and can be used with scientific-workflows
tools to compose more complex models. O advento das tecnologias de alta-performance ocasionou um crescimento
exponencial do volume de dados gerado pelas pesquisas em Ciências Biológicas. O
desenvolvimento contínuo de ferramentas, métodos e técnicas têm ampliado o
entendimento das várias funções, estruturas e processos relacionados à biofísica e
fisiologia. O aumento do poder computacional e a utilização de métodos numéricos
direcionam o desenvolvimento e uso de modelos mais complexos. A necessidade de
entendimento em nível sistêmico dos sistemas biológicos levou à recente definição da
chamada Biologia Sistêmica, que adota uma abordagem orientada a sistemas para
descrever os processos dinâmicos dentro e entre as células biológicas.
Três níveis de representação de modelos em Biologia Sistêmica podem ser
considerados: biológico, matemático e computacional. O desafio apresentado é como
representar os detalhes desses níveis de uma forma que possa ser usada para explorar o
significado de idéias e observações nos vários níveis. A descrição do modelo em um
nível de maior abstração é fundamental neste contexto. A modelagem conceitual
permite uma representação abstrata dos dados, a qual se assemelha com a forma que os
usuários percebem realmente o mundo real, reduzindo a distância semântica entre o
domínio e sua representação.
O presente trabalho propõe a descrição conceitual de modelos biológicos, com o
uso de ontologia, lógica descritiva e regras semânticas. É apresentado um framework
orientado a serviços, chamado CelOWS, para uso em um ambiente de Modelagem e
Simulação, cuja arquitetura é apoiada na ontologia CelO (Cell Component Ontology).
Os modelos, descritos em uma linguagem de ontologia, são representados
computacionalmente como serviços web, podendo ser utilizados em ferramentas de
workflow científico para composição de modelos mais complexos.