KR100616611B1

KR100616611B1 - Ｘｍｌ을 이용한 대사흐름분석용 정보 시스템 및 그운용방법

Info

Publication number: KR100616611B1
Application number: KR1020050027215A
Authority: KR
Inventors: 이상엽; 윤홍석; 이동엽; 이승현; 정준우; 김태용
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2006-08-25
Also published as: US7752540B2; US20060224371A1; JP2006285935A; JP2009295179A

Abstract

본 발명은 XML(eXtensible Markup Language)을 이용한 대사흐름분석(MFA: Metabolic Flux Analysis) 정보 시스템 및 그 운용방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 XML을 이용하여 MFA 모델 피쳐(feature) 및 MFA 객체를 생성, 편집, 저장 및 가시화하고, 그 객체를 바탕으로 MFA를 수행하여 수득되는 결과를 편집, 저장 및 가시화할 수 있는 MFA 정보 시스템(Information System) 및 그 운용방법에 관한 것이다.

본 발명은 XML을 이용하여 MFA 정보 시스템(MFA Information System)의 MFA 모델 피쳐 및 MFA 객체를 생성, 편집, 저장 및 가시화할 수 방법을 제공함으로써, XML이 지니는 이식성, 재사용성, 해독성, 확장성, 유동성, 효율적인 데이터 교환 등의 이점을 활용하여 MFA 수행시 용이성과 편리함을 제공하므로 대사공학을 이용한 균주 개량에 응용될 수 있다.

XML, MFA, 모델 피쳐, 객체, 저작, 툴, DTD, 스케마

Description

ＸＭＬ을 이용한 대사흐름분석용 정보 시스템 및 그 운용방법{Information System for Metabolic Flux Analysis Using eXtensible Markup Language and Operating Method Thereof}

도 1은 본 발명에 따른 XML을 이용한 MFA 모델 피쳐 및 MFA 객체를 생성, 편집, 저장 및 가시화하고, 이를 MFA한 결과를 생성, 편집, 저장 및 가시화할 수 있는 시스템의 개략적인 구성도이다.

도 2는 MFA 모델 피쳐 저작 툴의 수행 절차를 나타낸 흐름도이다.

도 3은 MFA 객체 저작 툴의 수행 절차를 나타낸 흐름도이다.

도 4는 MFA 객체 분석 브라우저의 수행 절차를 나타낸 흐름도이다.

도 5는 본 발명에 따른 MFA 정보 시스템을 운용하는 과정에서 보일 수 있는 컴퓨터 스크린을 묘사한 것이다.

발명의 분야

본 발명은 XML(eXtensible Markup Language)을 이용한 MFA 정보 시스템 및 그 운용방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 XML을 이용하여 MFA(Metabolic Flux Analysis) 모델 피쳐(feature) 및 MFA 객체를 생성, 편집, 저장 및 가시화하고, 그 객체를 바탕으로 MFA를 수행한 결과를 편집, 저장 및 가시화할 수 있는 MFA 정보 시스템(Information System) 및 그 운용방법에 관한 것이다.

발명의 배경

MFA(Metabolic Flux Analysis)는 일반적으로 많이 이용하고 있는 수학적 모델링 기법 및 시뮬레이션 중의 하나이다. 이런 수학적 모델은 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 동적 및 조절 기작 정보가 포함된 모델과 단순히 생화학반응식의 계수만을 고려한 모델이 그것이다. 동적 모델은 시간에 따른 세포 내부의 변화를 예측하여 세포의 동적 상태를 정확히 묘사한다는 장점이 있는 반면 많은 동적 매개변수를 필요로 하는 단점을 가지고 있다.

이에 비해 MFA는 단지 생화학 반응식의 질량수지와 세포조성 정보만을 이용하여 세포가 도달 가능한 이상적인 대사 흐름 공간을 구하는 방법이 그것이다. 이러한 MFA는 동적 정보를 필요로 하지 않음에도 세포의 이상적인 대사흐름을 보여주며 실제적으로 세포의 행동을 잘 묘사하거나 예측할 수 있는 것으로 알려지고 있다(Edwards et al, The Journal of Biological Chemistry, 274, 17410-6, 1999; Nielsen, et al., J., Bioreaction Engineering Principles. Plenum Press, 1994).

MFA는 대사 반응식의 계수와 여러 대사산물의 생산 및 소모량을 측정함으로 써, 내부의 대사흐름의 변화를 파악하는 기술이다. MFA는 준정상상태 가정을 기반으로 하고 있다. 즉, 외부의 환경변화에 따른 내부의 대사산물농도 변화는 매우 즉각적이므로, 일반적으로 이의 변화를 무시하고 내부의 대사산물의 농도가 변화하지 않는다고 가정하는 것이다.

모든 대사물질과 대사경로 그리고 경로에서의 양론 매트릭스(stoichiometric matrix) (S _ij ^T , metabolite i in the j^th pathway)가 알려져 있다면, 대사흐름벡터 (v _j , flux of j^th pathway)를 계산할 수 있는데, 시간에 따른 대사산물 X의 변화는 모든 대사 반응의 흐름의 합으로 나타낼 수 있다. 그리고 시간에 따라 X의 변화량이 일정하다고 가정하면, 즉 준정상상태 가정 하에서, 아래의 식으로 정의된다.

S ^T v = dX/dt = 0

하지만, 경로만이 알려져 있고, 양론값(stoichiometric value for each metabolite and pathway)과 대사유량(v_j)이 부분적으로 알려진 경우가 많아 위의 식은 다음과 같이 확장된다.

S ^T v = S _m v _m + S _u v _u = 0

이 식에서, 실험적으로 알려진 양론값(S _m (I×M), I=total metabolite number, M=total stoichiometrically-known reaction number)과 흐름(v _m (M×I))의 내적으로 정의된 행렬과 알려지지 않은 양론값(S _u (I×M))과 흐름(v _u (M×I))의 곱으로 된 두 행렬로 분리된다.

여기서 알려지지 않은 흐름 벡터(Su)의 rank(Su)가 U 보다 같거나 크다면(즉, 방정식보다 변수의 수가 같거나 적으면) 행렬 계산으로 흐름이 구해진다. 단, 큰 경우는 (중첩된 방정식이 존재한다면) 좀 더 정확한 값의 계산을 위해 전체 방정식의 일관성, 흐름 측정값의 정확도 그리고 준정상상태의 타당성의 검증 작업이 수행된다.

만일 방정식보다 변수의 수가 크다면 특정 대사반응의 흐름값은 특정범위로 한정되어 질 수 있는 등의 여러 물리 화학적 제한식과 특정 목적함수를 이용하는 선형 최적화(linear optimization) 방법을 이용하여, 유일한 최적 대사흐름분포를 구한다. 이는 아래와 같이 정의된다.

minimize/maximize :Z = ΣCiVi

s.t. S ^T _V =0 and a _min,i ≤v _i ≤ a _max,i

c _i 는 가중치이고, v _i 는 대사흐름벡터이다. 일반적으로 균주성장 최대화, 대사산물 생산최대화, 부산물 생산 최소화 등이 목적함수로 사용되고 있다.

MFA는 원하는 대사산물의 최대 생산 수율의 계산 등을 위하여 사용될 수 있으며, 이를 이용하여 균주내부의 대사회로 특성을 파악할 수 있다. 이러한 대사회 로의 특성을 파악함으로부터 조작이 필요한 대사회로를 파악하고 대사회로 조작을 위한 전략수립을 통하여, 가장 효율적인 방법으로 대사흐름을 조작하고 원하는 대사산물의 생산이 가능할 수 있다.

이러한 MFA 요소를 다루기 위해서는 대사물질과 대사경로 그리고 각 경로에서의 양론 매트릭스 등의 대사 네트워크 정보(metabolic network information) 및 대사흐름 측정값, 유전적 및 환경적 조건, 그리고 물리 화학적 제한 조건 등의 대사 조건 정보(metabolic condition information)가 필요하다.

이러한 정보를 생성, 편집, 저장 및 가시화하는 시스템은 종래에도 있었지만, 아직까지 인터넷 상의 데이터와 각종 문서의 표준인 XML을 이용하여 이러한 정보를 생성, 편집, 저장 및 가시화하는 시스템은 보고되지 않고 있다. 다만 다른 XML 구조에 간단한 조건 정보를 주석화하여 삽입하는 방식의 시도는 있었으나, XML 스케마(schema) 구조에 대한 구체적인 언급이 없어 실제적으로 활용하기가 쉽지 않다(Segre et al., A Journal of Intergrative Biology, vol 7, 301-16, 2003).

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, XML을 이용하여, MFA 모델 피쳐 및 MFA 객체를 생성, 편집, 저장 및 가시화할 수 있고, 이를 MFA한 결과를 생성, 편집, 저장 및 가시화할 수 있는 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 대사흐름분석(MFA: Metabolic Flux Analysis) 모델 피쳐(feature) 및 MFA 객체를 생성, 편집, 저장 및 가시화하고, 그 객체를 바탕으로 MFA를 수행하여 수득되는 결과를 편집, 저장 및 가시화할 수 있는 MFA 정보 시스템(Information System)에 있어서,

MFA 모델 피쳐를 새로이 생성하거나 기존의 MFA 모델 피쳐를 수집·편집한 후, XML의 DTD(Document Type Definition) 또는 스케마 파일을 생성하는 MFA 모델 피쳐 저작 툴(MFA Model Feature Authoring Tool);

상기 MFA 모델 피쳐 저작 툴에 의하여 생성된 XML의 DTD 또는 스케마 파일을 참조하여 MFA 객체를 새로이 생성하거나, 기존의 MFA 객체를 편집하여 XML 파일로 저장하는 MFA 객체 저작 툴(MFA Object Authoring Tool); 및

상기 MFA 모델 피쳐 저작 툴에 의하여 생성된 XML의 DTD 또는 스케마 파일 및 상기 MFA 객체 저작 툴에 의하여 저장된 XML 파일을 읽어 들여 MFA 객체를 가시화하고, 이를 바탕으로 MFA를 수행하며, 그 결과를 MFA 객체 정보에 통합하여 가시화하는 MFA 객체 분석 브라우저(MFA Object Analysis Browser)를 포함하는 것을 특징으로 하는 MFA 정보 시스템을 제공한다.

본 발명에 따른 MFA 정보시스템에 있어서,

상기 MFA 모델 피쳐 저작 툴은,

새로운 MFA 모델 피쳐명(feature name), 대사 네트워크 정보(metabolic network information), 대사 조건 정보(MFA condition information), MFA 결과 정보 (MFA result information) 및 MFA 가시화 정보(MFA visualization information)의 종류, 데이터 타입 및 저장 방법을 정의하는 수단; 및

관련되는 종래 MFA 모델 피쳐명, 대사 네트워크 정보, 대사 조건 정보, MFA 결과 정보 및 MFA 가시화 정보의 종류, 데이터 타입 및 저장 방법을 변경하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있고,

상기 MFA 객체 저작 툴은,

새로운 MFA 객체명, 대사 네트워크 정보, 대사 조건 정보, MFA 결과 정보 및 MFA 가시화 정보를 입력하는 수단; 및

관련되는 종래의 MFA 객체명, 대사 네트워크 정보, 대사 조건 정보, MFA 결과 정보 및 MFA 가시화 정보를 변경하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있으며,

상기 MFA 객체 분석 브라우저는,

상기 MFA 모델 피쳐 저작 툴에 의하여 생성된 XML의 DTD 또는 스케마 파일을 해석(Parsing)하여 데이터 포맷 및 MFA 모델 피쳐에 관한 정보를 획득하는 수단;

상기 MFA 객체 저작 툴에 의하여 생성된 XML 파일을 해석하여 MFA 객체에 관한 정보를 획득하는 수단 ;

상기 획득된 정보를 텍스트나 그래프의 형태로 가시화시켜서 출력하는 수단; 및

상기 획득된 정보를 바탕으로 MFA를 수행하고, 그 결과를 텍스트나 그래프 형태로 단독으로 가시화시켜 출력하거나 상기 획득된 정보에 결합하여 텍스트나 그래프 형태로 가시화 시켜 출력하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명은 또한, MFA 모델 피쳐 및 MFA 객체를 생성, 편집, 저장 및 가시화하고, 그 객체를 바탕으로 MFA를 수행한 결과를 편집, 저장 및 가시화할 수 있는 MFA 정보 시스템의 운용방법에 있어서,

(a) MFA 모델 피쳐를 새로이 생성하거나 기존의 MFA 모델 피쳐를 수집·편집한 후, XML의 DTD 또는 스케마 파일을 생성하는 제1단계;

(b) 상기 생성된 XML의 DTD 또는 스케마 파일을 참조하여 MFA 객체를 새로이 생성하거나, 기존의 MFA 객체를 편집하여 XML 파일로 저장하는 제2단계;

(c) 상기 1단계에서 생성된 XML의 DTD 또는 스케마 파일 및 상기 2단계에서 저장된 XML 파일을 읽어 들여 MFA 객체를 가시화하는 제3단계; 및

(d) 상기 3단계에서 가시화된 MFA 객체를 바탕으로 MFA를 수행하고, 그 결과를 편집, 저장 및 가시화하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 MFA 정보 시스템의 운용방법을 제공한다.

상기 MFA 정보 시스템의 운용방법에 있어서,

상기 제1단계는,

새로운 MFA 모델 피쳐명, 대사 네트워크 정보, 대사 조건 정보, MFA 결과 정보 및 MFA 가시화 정보의 종류, 데이터타입 및 저장 방법을 정의하는 제1서브단계; 및

관련되는 종래 정보를 수집·편집하여 MFA 모델 피쳐명, 대사 네트워크 정보, 대사 조건 정보, MFA 결과 정보 및 MFA 가시화 정보의 종류, 데이터 타입 및 저장 방법을 변경하는 제2서브단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있고,

상기 제2단계는,

새로운 MFA 객체명, 대사 네트워크 정보, 대사 조건 정보, MFA 결과 정보 및 MFA 가시화 정보를 입력하는 제1서브단계; 및

종래의 MFA 모델 객체 이름, 대사 네트워크 정보, 대사 조건 정보, MFA 결과 정보 및 MFA 가시화 정보를 변경하는 제2서브단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있으며,

상기 제1단계 및 제2단계는 상기 제 1 서브 단계 및 제 2 서브 단계에서 정의된 결과물 및 변경된 결과물을 XML의 DTD 또는 스케마 파일 형식으로 저장하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 제3단계는,

상기 제1단계에서 생성된 XML의 DTD 또는 스케마 파일을 해석(parsing)하여 데이터 포맷 및 MFA 피쳐에 관한 정보를 획득하는 제1서브 단계;

상기 제2단계에서 생성된 XML 파일을 해석하여 MFA 객체에 관한 정보를 획득하는 제2서브 단계; 및

상기 제1서브 단계 및 제2서브 단계에서 획득된 정보를 텍스트나 그래프 형상으로 가시화시켜서 출력하는 제3서브 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있고,

또한, 상기 제4단계는 ,

상기 제3단계의 제1서브 단계 및 제2서브 단계에서 획득된 정보를 바탕으로 MFA를 수행하는 제1서브 단계; 및

상기 제1서브 단계의 결과를 단독 또는 기존 정보에 결합하여 텍스트 형태나 그래프 형상으로 가시화시켜서 출력하는 제2서브 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명은 또한, 다음 단계를 포함하는 MFA 정보 시스템에서 사용하는 MFA 모델 피쳐 저작 툴의 수행방법을 제공한다:

(a) MFA를 위한 새로운 DTD 또는 스케마의 기본 구조를 생성하거나 기존의 DTD 또는 스케마를 불러오는 제1단계;

(b) 상기 MFA를 위한 DTD 또는 스케마에 새로운 MFA 모델 피쳐를 입력, 편집 또는 삭제하는 제2단계;

(c) 각각의 MFA 모델 피쳐가 가지는 속성을 입력, 편집 또는 삭제하는 제3단계;

(d) 상기 해당 피쳐 및 속성이 입력 또는 편집된 후, 이를 저장할 것인지를 판단하는 제4단계; 및

(e) 저장여부 판단 결과, 저장하여야 하면, 결과물을 MFA를 위한 DTD 또는 스케마 파일로 저장하고, 저장할 필요가 없으면, 상기 제2단계로 복귀하는 제5단계.

상기 방법에서, 제2단계는 피쳐명 및 피쳐 데이터 타입을 입력하거나 편집함 으로써 MFA 모델 피쳐를 입력, 편집 또는 삭제하는 것을 특징으로 할 수 있고, 제3단계는 속성명 및 속성 타입을 입력하거나 편집함으로써 속성을 입력, 편집 또는 삭제하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 본 발명은 다음 단계를 포함하는 MFA 정보 시스템에서 사용하는 MFA 객체 저작 툴의 수행방법을 제공한다:

(a) 새로운 MFA 객체 프리미티브(primitive)를 생성한 후, MFA 객체 프리미티브의 이름과 타입을 입력하고, 입력된 값을 저장하여야 하는지 여부를 판단하는 제1단계;

(b) 저장할 필요가 없으면, 상기 제1단계로 복귀하고, 저장할 필요가 있으면, MFA 모델 피쳐 저작 툴에서 생성한 MFA를 위한 DTD 또는 스케마를 불러오는 제2단계;

(c) 상기 불러온 DTD 또는 스케마 중에서 어떠한 피쳐로 저장할 것인가를 선택하고, 선택된 피쳐가 가시화될 외관을 입력하는 제3단계;

(d) MFA 객체명을 입력하고, MFA 객체가 가지는 속성값을 MFA를 위한 DTD 또는 스케마에서 정의된 바에 따라 입력하는 제4단계;

(e) 상기 입력된 MFA 객체에 관한 정보의 저장여부를 판단하는 제5단계; 및

(f) 상기 판단 결과, 저장할 필요가 없으면, 제1단계로 복귀하고, 저장할 필요가 있으면, XML의 형태로 저장하는 제6단계.

본 발명은 또한, 다음 단계를 포함하는 MFA 정보 시스템에서 사용하는 MFA 객체 분석 브라우저의 수행방법을 제공한다:

(a) MFA 모델 피쳐 저작 툴에서 생성된 MFA를 위한 DTD 또는 스케마(A) 및 MFA 객체 저작 툴에서 생성된 XML 파일(B)을 입력하고, 파일 해석(parsing)을 수행하는 제1단계;

(b) 해석된 MFA 객체에 대한 정보를 내부 자료 구조 및 가시화를 위하여 텍스트 또는 그래프의 형태로 구축하고 MFA를 수행할 필요 여부를 판단하는 제2단계;

(c) 수행할 필요가 없으면, 상기 MFA 객체의 정보를 가시화하고, MFA를 수행할 필요가 있으면 제2단계에서 생성된 정보를 바탕으로 MFA를 수행한 후, MFA 결과 정보를 입력하여 가시화 하는 제3단계;

(d) 상기 정보를 저장할 필요가 있는지 판단하는 제4단계; 및

(e) 저장여부 판단결과, 저장할 필요가 없으면 제2단계로 복귀하고, 저장할 필요가 있으면, XML로 저장하는 제5단계.

본 발명에 따르면 또한, 다음 단계를 포함하는 MFA 정보 시스템의 운용 방법을 실행하는 프로그램이 저장된 컴퓨터로 판독가능한 기록매체가 제공될 수 있다:

(a) 새로운 MFA 모델 피쳐명, 대사 네트워크 정보, 대사 조건 정보, MFA 결과 정보 및 MFA 가시화 정보의 종류, 데이터 타입 및 저장 방법을 정의하고, 관련되는 종래 정보를 수집·편집하여 MFA 모델 피쳐명, 대사 네트워크 정보, 대사 조건 정보, MFA 결과 정보 및 MFA 가시화 정보의 종류, 데이터 타입 및 저장 방법을 변경하고, 상기 정의된 결과물 및 변경된 결과물을 XML의 DTD 또는 스케마 파일 형 식으로 저장하는 단계;

(b) 상기 단계에서 생성된 XML의 DTD 또는 스케마 파일을 참조하여 MFA 객체를 새로이 생성하거나 기존의 MFA 객체를 편집하여 XML 파일로 저장하고, 새로운 MFA 객체명, 대사 네트워크정보, 대사 조건 정보, MFA 결과 정보 및 MFA 가시화 정보를 입력하고, 종래의 MFA 모델 객체명, 대사 네트워크정보, 대사 조건 정보, MFA 정보 및 MFA 가시화 정보를 변경하는 단계;

(c) 상기 단계에서 입력된 결과물 및 변경된 결과물을 XML 파일로 저장하는 단계;

(d) 상기 생성된 XML의 DTD 또는 스케마 파일을 해석 (parsing) 하여 데이터 포맷 및 MFA 모델 피쳐에 관한 정보를 획득하고, 상기 생성된 XML 파일을 해석하여 MFA 객체에 관한 정보를 획득하는 단계;

(e) 상기 단계에서 획득된 정보를 텍스트와 그래프(node와 edge) 형상으로 가화시켜서 출력하는 단계; 및

(f) 상기 단계에서 획득된 정보를 바탕으로 MFA를 수행하고, 그 결과를 단독 또는 기존 정보에 결합하여 텍스트 형태나 그래프 형상으로 가시화시켜 통합 출력하는 단계.

본 발명에 사용되는 "MFA 모델 피쳐(Metabolic Flux Analysis Model Feature)"라 함은 MFA를 표현하기 위한 요소(elements)를 분류(grouping or classifying) 하기 위한 틀(Class)에 해당한다. 상기 MFA 모델 피쳐는 크게 대사 네트워크 정보, 대사 조건 정보, MFA 결과 정보 및 MFA 가시화 정보로 구성된다. 상기 정보의 구체적인 내용은 MFA 피쳐마다 다르다.

예를 들어, 'reaction'이라는 피쳐의 경우, 'name of reaction', 'reversibility of reaction', 'name of reactant', 'stoichiometry of reactant' 등의 대사 네트워크 정보와, Reaction의 제한 조건을 표한하기 위한 유전자 추가 또는 제거에 따른 영향, 해당 흐름의 최소 또는 최대 범위 및 흐름 측정값 등의 정보인 대사 조건 정보를 가지게 된다. 또한 MFA 수행 후, 흐름값, MFA 수행 결과 등을 나타내는 MFA 결과 정보와 그래프 상의 노드(node)와 에지(edge)의 위치좌표, 모양, 색채 등을 나타내는 대사흐름 가시화정보가 있다.

"MFA 객체(Metabolic Flux Analysis Object)"라 함은 MFA 모델 피쳐에 따라 데이터를 구성한 것으로서, MFA 피쳐가 실제로 구체화된 형태로 나타나는 하나의 예라 할 수 있다. 예를 들어, 'reaction'이라는 MFA 모델 피쳐에 대한 MFA 객체에는 'glycolysis', 'glyoxylate metabolism', 및 'oxidative phosphorylation' 등이 있을 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

도 1은 본 발명에 따른 XML을 이용한 MFA 모델 피쳐 및 MFA 객체를 생성, 편집, 저장 및 가시화하고, 이를 MFA한 결과를 생성, 편집, 저장 및 가시화할 수 있 는 시스템의 개략적인 구성도로서, MFA를 위한 DTD 또는 스케마를 생성, 편집 및 저장하기 위한 MFA 모델 피쳐 저작 툴(MFA Model Feature Authoring Tool))(110), 상기 MFA 모델 피쳐 저작 툴에 의하여 새로이 생성, 편집 및 저장되는 MFA를 위한 DTD 또는 스케마 파일(120), 상기 MFA를 위한 DTD 또는 스케마에 맞추어 MFA 객체를 생성, 편집 및 저장하기 위한 MFA 객체 저작 툴(MFA Object Authoring Tool)(130), 상기 MFA 객체 저작 툴에 의하여 생성, 편집 및 저장되는 XML 파일(140) 및 상기 MFA를 위한 DTD 또는 스케마 파일과 XML 파일을 읽어 들여서 MFA 객체 가시화, MFA 수행 및 그 결과를 가시화하는 MFA 객체 분석 브라우저(MFA Object Analysis Browser)(150)를 포함하여 구성된다.

상기 MFA 모델 피쳐 저작 툴(110)은 MFA 모델 피쳐를 저작(authoring)하기 위한 시스템 모듈로서, MFA 모델 피쳐를 새로이 생성하거나, 기존의 MFA 모델 피쳐를 수집·편집하고, XML의 DTD 또는 스케마 파일을 생성하기 위한 것이다.

MFA 모델 피쳐의 생성은 새로운 MFA 모델 피쳐명, 대사 네트워크 정보, 대사 조건 정보, MFA 결과 정보 및 MFA 가시화 정보의 종류의 정의, 데이터 타입 정의, 저장 방법 정의 등으로 이루어진다.

MFA 모델 피쳐의 편집은 종래 MFA 모델 피쳐명, 대사 네트워크 정보, 대사 조건 정보, MFA 결과 정보 및 MFA 가시화 정보의 종류, 데이터 타입 변경, 저장 방법의 변경 등으로 이루어진다.

상기 MFA를 위한 DTD 또는 스케마 파일(120)은 상기 MFA 모델 피쳐 저작 툴 (110)에 의하여 새로이 생성되거나 편집된 후, 저장되는 파일로서, MFA 모델 피쳐 를 저장할 수 있는 구조를 가진다.

상기 MFA 객체 저작 툴(130)은 MFA 객체를 저작(authoring) 하기 위한 시스템 모듈로서, MFA를 위한 DTD 또는 스케마에 맞추어 MFA 객체를 새로이 생성하거나 기존의 MFA 객체를 수집·편집하여 XML로 저장하기 위한 것이다.

MFA 객체의 생성은 MFA를 위한 DTD 또는 스케마에 맞추어 MFA 객체명 입력, 대사 네트워크 정보, 대사 조건 정보, MFA결과 정보, MFA 가시화 정보의 입력 등으로 이루어진다.

MFA 객체의 편집은 관련되는 종래의 MFA 객체명 변경, 대사네트워크 정보, 대사 조건 정보, MFA 결과 정보, MFA 가시화 정보의 변경 등으로 이루어진다. MFA 객체에 대한 이러한 저작 기능은 XML 파일을 생성, 편집 및 저장함으로써, 수행된다.

상기 XML 파일(140)은 상기 MFA 객체 저작 툴(130)에 의하여 새로이 생성되거나 편집된 후 저장되는 파일로서, MFA를 위한 DTD 또는 스케마로 정의된 구조에 맞추어 MFA 객체를 저장하게 된다.

상기 MFA 객체 분석 브라우저(150)는 상기 MFA를 위한 DTD 또는 스케마 (120) 및 XML 파일(140)을 해석하여 MFA 객체를 가시화하고, 이를 바탕으로 MFA를 수행하고, 그 결과를 가시화하고 저장하는 시스템 모듈이다.

상기 MFA를 위한 DTD 또는 스케마 파일(120)을 읽고 해석하여(parsing), 데이터 포맷 및 MFA 모델 피쳐에 관한 정보를 획득한 후, 상기 XML 파일(140)을 읽어서 MFA 객체에 관한 정보를 획득한다.

이렇게 획득된 정보는 텍스트와 그래프(node와 edge) 형태로 가시화되어 출력된다. 또한 이 정보를 바탕으로 MFA를 수행한 후, 그 결과를 텍스트나 그래프 형상으로 단독으로 가시화시켜 출력하거나, XML 파일(140)을 읽어서 획득된 MFA 객체 정보에 통합하여 텍스트나 그래프 형상으로 가시화시켜 출력하거나 저장한다.

도 2는 MFA 모델 피쳐 저작 툴(110)의 수행 절차를 나타낸 흐름도이다.

먼저, MFA를 위한 새로운 DTD 또는 스케마의 기본 구조를 생성한다(S210). 이때, 생성되는 MFA를 위한 DTD 또는 스케마는 MFA 모델 피쳐를 저장하기 위한 기본 골격만 갖춘 상태이고, 구체적인 MFA 모델 피쳐에 대한 정보는 포함되어 있지 아니하다. 한편, MFA를 위한 DTD 또는 스케마를 새로 생성하지 않고, 기존의 만들어진 MFA를 위한 DTD 또는 스케마를 불러올 수도 있다.

이어서, 생성된 MFA를 위한 DTD 또는 스케마에 새로운 MFA 모델 피쳐를 입력, 편집 또는 삭제한다(S230). MFA 모델 피쳐를 입력하거나 편집하는 작업은 피쳐명, 피쳐 데이터 타입(feature type) 을 입력하거나 편집하는 작업으로 세분화 된다. 상기 피쳐명은 임의의 문자열을 줄 수가 있다. 피쳐 데이터 타입은 MFA 객체의 모델링을 위하여 만든 MFA 객체 프리미티브 중의 하나를 선택할 수 있다. 여기서 MFA 객체 프리미티브는 프리미티브 유닛의 조합으로 이루어질 수도 있다.

이어서, 각각의 MFA 모델 피쳐는 하나 또는 다수개의 속성(attribute)을 가질 수가 있으므로, 각 피쳐가 가지는 속성을 입력, 편집 또는 삭제한다(S240). 이때, 속성을 입력 및 편집하는 작업은 속성명(attribute name) 및 속성타입 (attribute type) 을 입력하거나 편집하는 작업으로 세분화된다.

다음으로, 상기 S230 및 S240 단계에서, 해당되는 피쳐 및 속성이 입력 또는 편집되면, 이를 저장할 것인지를 판단한다(S250).

상기 단계에서의 판단 결과, 저장하여야 하면, 결과물을 MFA를 위한 DTD 또는 스케마 파일로 저장하고(S260), 저장된 MFA를 위한 DTD 또는 스케마는 다시 불러들여 지거나(S220), MFA 객체 저장 툴의 입력 또는 MFA 객체 분석 브라우저의 입력(A)(S270)에 사용된다.

한편, 상기 S250 단계에서 판단한 결과, 저장할 필요가 없으면, 상기 S230 단계로 복귀한다.

도 3은 MFA 객체 저작 툴(130)의 수행 절차를 나타낸 흐름도로서, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 새로운 MFA 객체 프리미티브를 생성한 후(S310), MFA 객체 프리미티브의 이름과 타입을 입력하고(S320), 상기 S320 단계에서 입력된 값을 저장하여야 하는지 여부를 판단한다(S330).

상기 S330 단계에서의 판단 결과, 저장할 필요가 없으면, 상기 S310 단계로 복귀하고, 저장할 필요가 있으면, MFA 모델 피쳐 저작 툴에서 생성한 MFA를 위한 DTD 또는 스케마를 불러온 후(S340), 어떠한 피쳐로 저장할 것인가를 선택하고(S350), 선택된 피쳐가 가시화될 때의 외관을 결정하며, 이는 구체적으로 모양, 색상과 투명도값 등을 입력함으로써 수행된다(S355).

이어서, MFA 객체의 ID 및 이름을 입력하고(S360), MFA 객체가 가지는 속성값을 MFA를 위한 DTD 또는 스케마에서 정의된 바에 따라 입력한다(S365).

다음으로, 입력된 MFA 객체에 관한 모든 정보를 저장할 것인지 여부를 판단한다(S370).

상기 S370 단계에서의 판단 결과, 저장할 필요가 없으면, 상기 S330단계로 복귀하고, 저장할 필요가 있으면, XML의 형태로 저장한다(S380).

도 4는 MFA 객체 분석 브라우저(150)의 수행 절차를 나타낸 흐름도로서, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, MFA 모델 피쳐 저작 툴에서 생성된 MFA를 위한 DTD 또는 스케마(A) 및 MFA 객체 저작 툴에서 생성된 XML 파일(B)을 입력하고(S410 및 S420), 파일 해석(parsing)을 수행한다(S430).

이어서, 해석된 MFA 객체에 대한 정보를 내부 자료 구조 및 가시화를 위하여 그래프(Graph)의 형태로 구축하고(S440), MFA를 수행할 필요가 있는지 판단하여(S450), 수행할 필요가 없으면, MFA 객체의 정보를 가시화한다(S470). 정보의 가시화는 텍스트 형태로 할 수도 있다.

그리고 MFA를 수행할 필요가 있으면 S440 단계에서 생성된 정보를 바탕으로 MFA를 수행한 후(S460), MFA 결과 정보를 입력하고(S465) 가시화한다(S470).

다음으로, MFA 가시화 정보를 입력한다(S480). 이어서 저장할 필요가 있는지 판단하여(S490), 저장할 필요가 없으면 S440 단계로 복귀하고, 저장할 필요가 있으 면, XML로 저장한다(S495).

도 5에는 상기와 같은 본 발명의 MFA 정보 시스템을 운용하는 과정에서 보일 수 있는 컴퓨터 스크린을 묘사하였다.

상기와 같은 본 발명에 따른 정보시스템 및 이의 운용방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체로 기록 되고, 컴퓨터에 의해 처리될 수 있다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

이상 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 XML을 이용하여 MFA 정보 시스템(MFA Information System)의 MFA 모델 피쳐 및 MFA 객체를 생성, 편집, 저장 및 가시화할 수 방법을 제공함으로써, XML이 지니는 이식성, 재사용성, 해독성, 확장성, 유동성, 효율적인 데이터 교환 등의 이점을 활용하여 MFA 수행시 용이성과 편리함을 제공하므로 대사공학을 이용한 균주 개량에 응용될 수 있다.

Claims

대사흐름분석(MFA) 모델 피쳐(feature) 및 MFA 객체를 생성, 편집, 저장 및 가시화하고, 그 객체를 바탕으로 MFA를 수행하여 수득되는 결과를 편집, 저장 및 가시화할 수 있는 MFA 정보 시스템(Information System)에 있어서,

MFA 모델 피쳐를 새로이 생성하거나 기존의 MFA 모델 피쳐를 수집·편집한 후, XML의 DTD(Document Type Definition) 또는 스케마 파일을 생성하는 MFA 모델 피쳐 저작 툴 (MFA Model Feature Authoring Tool);

상기 MFA 모델 피쳐 저작 툴에 의하여 생성된 XML의 DTD 또는 스케마 파일을 참조하여 MFA 객체를 새로이 생성하거나, 기존의 MFA 객체를 편집하여 XML 파일로 저장하는 MFA 객체 저작 툴(MFA Object Authoring Tool); 및

상기 MFA 모델 피쳐 저작 툴에 의하여 생성된 XML의 DTD 또는 스케마 파일 및 상기 MFA 객체 저작 툴에 의하여 저장된 XML 파일을 읽어 들여 MFA 객체를 가시화하고, 이를 바탕으로 MFA를 수행하며, 그 결과를 MFA 객체 정보에 통합하여 가시화하는 MFA 객체 분석 브라우저(MFA Object Analysis Browser)를 포함하는 것을 특징으로 하는 MFA 정보 시스템.
제1항에 있어서, 상기 MFA 모델 피쳐 저작 툴은,

새로운 MFA 모델 피쳐명(feature name), 대사 네트워크 정보(metabolic network information), 대사 조건 정보(MFA condition information), MFA 결과 정보 및 MFA 가시화 정보(MFA visualization information)의 종류, 데이터 타입 및 저장 방법을 정의하는 수단; 및

관련되는 종래 MFA 모델 피쳐명, 대사 네트워크 정보, 대사 조건 정보, MFA 결과 정보 및 MFA 가시화 정보의 종류, 데이터 타입 및 저장 방법을 변경하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 MFA 정보 시스템.
제1항에 있어서, 상기 MFA 객체 저작 툴은,

새로운 MFA 객체명, 대사 네트워크 정보, 대사 조건 정보, MFA 결과 정보 및 MFA 가시화 정보를 입력하는 수단; 및

관련되는 종래의 MFA 객체명, 대사 네트워크 정보, 대사 조건 정보, MFA 결과 정보 및 MFA 가시화 정보를 변경하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 MFA 정보 시스템.
제1항에 있어서, 상기 MFA 객체 분석 브라우저는,

상기 MFA 모델 피쳐 저작 툴에 의하여 생성된 XML의 DTD 또는 스케마 파일을 해석(parsing)하여 데이터 포맷 및 MFA 모델 피쳐에 관한 정보를 획득하는 수단;

상기 MFA 객체 저작 툴에 의하여 생성된 XML 파일을 해석하여 MFA 객체에 관 한 정보를 획득하는 수단 ;

상기 획득된 정보를 텍스트나 그래프의 형태로 가시화시켜서 출력하는 수단; 및

상기 획득된 정보를 바탕으로 MFA를 수행하고, 그 결과를 텍스트나 그래프 형태로 단독으로 가시화시켜 출력하거나 상기 획득된 정보에 결합하여 텍스트나 그래프 형태로 가시화 시켜 출력하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 MFA 정보 시스템.
MFA 모델 피쳐 및 MFA 객체를 생성, 편집, 저장 및 가시화하고, 그 객체를 바탕으로 MFA를 수행한 결과를 편집, 저장 및 가시화할 수 있는 MFA 정보 시스템의 운용방법에 있어서,

(a) MFA 모델 피쳐를 새로이 생성하거나 기존의 MFA 모델 피쳐를 수집·편집한 후, XML의 DTD 또는 스케마 파일을 생성하는 제1단계;

(b) 상기 생성된 XML의 DTD 또는 스케마 파일을 참조하여 MFA 객체를 새로이 생성하거나, 기존의 MFA 객체를 편집하여 XML 파일로 저장하는 제2단계;

(c) 상기 1단계에서 생성된 XML의 DTD 또는 스케마 파일 및 상기 2단계에서 저장된 XML 파일을 읽어 들여 MFA 객체를 가시화하는 제3단계; 및

(d) 상기 3단계에서 가시화된 MFA 객체를 바탕으로 MFA를 수행하고, 그 결과를 편집, 저장 및 가시화하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 MFA 정보 시 스템의 운용방법.
제5항에 있어서, 상기 제1단계는,

새로운 MFA 모델 피쳐명, 대사 네트워크 정보, 대사 조건 정보, MFA 결과 정보 및 MFA 가시화 정보의 종류, 데이터타입 및 저장 방법을 정의하는 제1서브단계; 및

관련되는 종래 정보를 수집·편집하여 MFA 모델 피쳐명, 대사 네트워크 정보, 대사 조건 정보, MFA 결과 정보 및 MFA 가시화 정보의 종류, 데이터 타입 및 저장 방법을 변경하는 제2서브단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제6항에 있어서, 상기 제1단계는 상기 제 1 서브 단계 및 제 2 서브 단계에서 정의된 결과물 및 변경된 결과물을 XML의 DTD 또는 스케마 파일 형식으로 저장하는 것을 특징으로 하는 방법.
제5항에 있어서, 상기 제2단계는,

새로운 MFA 객체명, 대사 네트워크 정보, 대사 조건 정보, MFA 결과 정보 및 MFA 가시화 정보를 입력하는 제1서브단계; 및

종래의 MFA 모델 객체 이름, 대사 네트워크 정보, 대사 조건 정보, MFA 결과 정보 및 MFA 가시화 정보를 변경하는 제2서브단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제8항에 있어서, 상기 제2단계는 상기 제1서브 단계 및 제2서브 단계에서 입력된 결과물 및 변경된 결과물을 XML 파일로 저장하는 것을 특징으로 하는 방법.
제5항에 있어서, 상기 제3단계는,

상기 제1단계에서 생성된 XML의 DTD 또는 스케마 파일을 해석(parsing)하여 데이터 포맷 및 MFA 피쳐에 관한 정보를 획득하는 제1서브 단계;

상기 제2단계에서 생성된 XML 파일을 해석하여 MFA 객체에 관한 정보를 획득하는 제2서브 단계; 및

상기 제1서브 단계 및 제2서브 단계에서 획득된 정보를 텍스트나 그래프 형상으로 가시화시켜서 출력하는 제3서브 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제5항에 있어서, 상기 제4단계는,

상기 제3단계의 제1서브 단계 및 제2서브 단계에서 획득된 정보를 바탕으로 MFA를 수행하는 제1서브 단계; 및

상기 제1서브 단계의 결과를 단독 또는 기존 정보에 결합하여 텍스트 형태나 그래프 형상으로 가시화시켜서 출력하는 제2서브 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
다음의 단계를 포함하는 MFA 정보 시스템에서 사용하는 MFA 모델 피쳐 저작 툴의 수행방법:

(a) MFA를 위한 새로운 DTD 또는 스케마의 기본 구조를 생성하거나 기존의 DTD 또는 스케마를 불러오는 제1단계;

(b) 상기 MFA를 위한 DTD 또는 스케마에 새로운 MFA 모델 피쳐를 입력, 편집 또는 삭제하는 제2단계;

(c) 각각의 MFA 모델 피쳐가 가지는 속성을 입력, 편집 또는 삭제하는 제3단계;

(d) 상기 해당 피쳐 및 속성이 입력 또는 편집된 후, 이를 저장할 것인지를 판단하는 제4단계; 및

(e) 저장여부 판단 결과, 저장하여야 하면, 결과물을 MFA를 위한 DTD 또는 스케마 파일로 저장하고, 저장할 필요가 없으면, 상기 제2단계로 복귀하는 제5단계.
제12항에 있어서, 제2단계는 피쳐명 및 피쳐 데이터 타입을 입력하거나 편집함으로써 MFA 모델 피쳐를 입력, 편집 또는 삭제하는 것을 특징으로 하는 방법.
제12항에 있어서, 제3단계는 속성명 및 속성 타입을 입력하거나 편집함으로써 속성을 입력, 편집 또는 삭제하는 것을 특징으로 하는 방법.
다음 단계를 포함하는 MFA 정보 시스템에서 사용하는 MFA 객체 저작 툴의 수행방법:

(a) 새로운 MFA 객체 프리미티브(primitive)를 생성한 후, MFA 객체 프리미티브의 이름과 타입을 입력하고, 입력된 값을 저장하여야 하는지 여부를 판단하는 제1단계;

(b) 저장할 필요가 없으면, 상기 제1단계로 복귀하고, 저장할 필요가 있으면, MFA 모델 피쳐 저작 툴에서 생성한 MFA를 위한 DTD 또는 스케마를 불러오는 제2단계;

(c) 상기 불러온 DTD 또는 스케마 중에서 어떠한 피쳐로 저장할 것인가를 선택하고, 선택된 피쳐가 가시화될 외관을 입력하는 제3단계;

(d) MFA 객체명을 입력하고, MFA 객체가 가지는 속성값을 MFA를 위한 DTD 또 는 스케마에서 정의된 바에 따라 입력하는 제4단계;

(e) 상기 입력된 MFA 객체에 관한 정보의 저장여부를 판단하는 제5단계; 및

(f) 상기 판단 결과, 저장할 필요가 없으면, 제1단계로 복귀하고, 저장할 필요가 있으면, XML의 형태로 저장하는 제6단계.
다음 단계를 포함하는 MFA 정보 시스템에서 사용하는 MFA 객체 분석 브라우저의 수행방법:

(a) MFA 모델 피쳐 저작 툴에서 생성된 MFA를 위한 DTD 또는 스케마(A) 및 MFA 객체 저작 툴에서 생성된 XML 파일(B)을 입력하고, 파일 해석(parsing)을 수행하는 제1단계;

(b) 해석된 MFA 객체에 대한 정보를 내부 자료 구조 및 가시화를 위하여 텍스트 또는 그래프(Graph)의 형태로 구축하고 MFA를 수행할 필요 여부를 판단하는 제2단계;

(c) 수행할 필요가 없으면, 상기 MFA 객체의 정보를 가시화하고, MFA를 수행할 필요가 있으면 제2단계에서 생성된 정보를 바탕으로 MFA를 수행한 후, MFA 결과 정보를 입력하여 가시화 하는 제3단계;

(d) 상기 정보를 저장할 필요가 있는지 판단하는 제4단계; 및

(e) 저장여부 판단결과, 저장할 필요가 없으면 제2단계로 복귀하고, 저장할 필요가 있으면, XML로 저장하는 제5단계.
다음 단계를 포함하는 MFA 정보 시스템의 운용 방법을 실행하는 프로그램이 저장된 컴퓨터로 판독가능한 기록매체:

(a) 새로운 MFA 모델 피쳐명, 대사 네트워크 정보, 대사 조건 정보, MFA 결과 정보 및 MFA 가시화 정보의 종류, 데이터 타입 및 저장 방법을 정의하고, 관련되는 종래 정보를 수집·편집하여 MFA 모델 피쳐명, 대사 네트워크 정보, 대사 조건 정보, MFA 결과 정보 및 MFA 가시화 정보의 종류, 데이터 타입 및 저장 방법을 변경하고, 상기 정의된 결과물 및 변경된 결과물을 XML의 DTD 또는 스케마 파일 형식으로 저장하는 단계;

(b) 상기 단계에서 생성된 XML의 DTD 또는 스케마 파일을 참조하여 MFA 객체를 새로이 생성하거나 기존의 MFA 객체를 편집하여 XML 파일로 저장하고, 새로운 MFA 객체명, 대사 네트워크정보, 대사 조건 정보, MFA 결과 정보 및 MFA 가시화 정보를 입력하고, 종래의 MFA 모델 객체명, 대사 네트워크정보, 대사 조건 정보, MFA 정보 및 MFA 가시화 정보를 변경하는 단계;

(c) 상기 단계에서 입력된 결과물 및 변경된 결과물을 XML 파일로 저장하는 단계;

(d) 상기 생성된 XML의 DTD 또는 스케마 파일을 해석(parsing) 하여 데이터 포맷 및 MFA 모델 피쳐에 관한 정보를 획득하고, 상기 생성된 XML 파일을 해석하여 MFA 객체에 관한 정보를 획득하는 단계;

(e) 상기 단계에서 획득된 정보를 텍스트와 그래프(node와 edge) 형상으로 가시화시켜서 출력하는 단계; 및

(f) 상기 단계에서 획득된 정보를 바탕으로 MFA를 수행하고, 그 결과를 단독 또는 기존 정보에 결합하여 텍스트 형태나 그래프 형상으로 가시화시켜 통합 출력하는 단계.