신진 대사 경로를 위한 XML 스키마 설계 및 경로표현

Abstract

최근 바이오인포매틱스는 IT의 발전과 더불어 급속한 발전을 이루어 왔다. 바이오인포매틱스는 기존의 분자생물학 분야의 연구들을 컴퓨터의 첨단기술을 이용하여 자동화, 전산화하는 것으로서 생물정보학 이라고 한다. 생물정보학은 인간게놈프로젝트 등을 통해 분자생물학 데이터들이 대량으로 산출됨에 따라 그 중요성은 더욱 커지고 있으며, 연구분야 또한 DNA, RNA, 단백질 등의 개별 분자들에서 이들 분자들이 생체조직에서 어떠한 역할을 하며 그 기능들이 어떻게 수행되는 지에 관한 연구로 확장 되고 있으며 이러한 연구분야를 바이오 패스웨이라고 한다. 바이오 패스웨이는 생체조직 내의 분자와 효소들이 어떠한 반응을 일으켜 그 결과물로 생성되는 것은 무엇인가에 관한 정보를 경로정보로 표현하는 것이다. 기존의 바이오 패스웨이는 그래픽 패스웨이를 사용하여 경로표현을 하였으며 현재 바이오 패스웨이를 보다 명료하고 효과적으로 표현하기 위한 연구가 진행되고 있다. 그러나 그래픽 패스웨이는 각 시스템 마다 불명확한 표기법을 사용하며, 시스템의 확장 및 통합의 어려움이 있다. 또한 기존의 그래픽 패스웨이는 경로표현을 각각 이미지 파일로 제공하고 있으므로 컴퓨터 프로세싱의 한계로 인해 즉각적인 업데이트나 경로정보 검색, 데이터 마이닝 기법적용과 데이터 베이스화함에 어려움이 있다. 이에 본 논문에서는 기존의 그래픽 패스웨이를 XML(eXtensible Markup Language)을 이용하였으며 바이오 패스웨이 중 신진대사경로(metabolic pathway) 정보를 표현하였다. XML을 이용한 패스웨이 표현을 위해 대사경로에 대한 정확한 분석과 이를 바탕으로 해당 정보를 표현하기 위해 XML 스키마를 설계하였다. 설계한 XML 스키마를 통해서 트랜젝션과 프로세스과정에 참여하는 분자들을 반응물과 생성물 그리고 촉매제로 분류하였으며 각 개체 사이의 이벤트들을 정의하고 표현하였다. 본 논문에서 제안한 XML을 이용한 패스웨이 지식표현은 시스템의 확장과 통합이 가능하며 불명확한 표기법으로 인해 벌어질 수 있는 모호한 해석을 XML 테그를 이용하여 명확하게 표현하였다. 또한 이미지 파일이 아닌 XML 포맷의 flat 파일로 저장공간의 효과적인 사용으로 인해 시스템의 효율성을 높일 수 있으며 더 나아가 저장된 패스웨이 정보는 XML DB로 만들어 생물정보학의 응용연구에 사용될 수 있다. 이처럼 XML로 표현한 바이오 패스웨이는 기존의 그래픽 패스웨이의 한계점을 극복하고 보다 진보된 지식 표현의 한 방법으로 제시하고자 한다.;Bioinformatics is a study which makes existing study of molecule biology using the computer technique automatically and computationally. Biological pathway, which is a subfield of Bioinformatics, provide the pathway information that shows how the interactions between molecules and enzymes are conducted. The existing biological pathway systems represent has been representing information of pathway in graphical methods, and have weaknesses of the ambiguity and lack of consistency, the difficulty of system expansion and integration, and the waste of storage. In this thesis, we represent biological pathway in XML(eXtensible Markup Language), our focus is on metabolic pathway among the biological pathways. To represent metabolic pathway in XML, we designed XML schema representing metabolic pathways. We designed those compartments, entities and reactions in XML schema and combined them together to build a metabolic pathway. As a result, we proposed an XML-based Biological Pathway representation which overcame the weaknesses of graphical pathway such as unclear marker, problems of expansion and integration, and waste of storage.