通过规则集静态检查实现 Kappa 模型的高效约简

在设计遗传线路时，现有主要建模范式使用的典型基元是基因相互作用图，其中基因之间的边表示激活或抑制关系。然而，在设计实验时，精确说明每种关系在底层机制上的实现细节十分重要。基于规则的语言 Kappa 能够明确指定诸如 DNA 结合位点、转录因子二聚化或协同相互作用等机制细节。但这样一种详细描述带来了复杂性以及计算代价高昂的执行。我们提出一种通用方法，通过消除中间物种并相应调整速率常数，自动转换基于规则的程序。我们的方法在于搜索那些已知适用于平衡近似（例如 Michaelis-Menten 方案）的相互作用模式。该约简模型通过对规则集的静态检查高效获得，它代表了原始模型的一个特定理论极限。我们提出以 Bhattacharyya 距离作为度量来估计给定可观测量的约简误差。该工具在一个详细的 $\lambda$-噬菌体开关的基于规则的模型上进行了测试，该模型包含 $96$ 条规则与 $16$ 个作用体。约简后的模型具有 $11$ 条规则与 $5$ 个作用体，并将仿真时间大幅缩短了数个数量级。