Implémentation

But

Le but est d'avoir un modèle unifié de molécules, qui permettent à la fois d'avoir des molécules qui :

  • représentent de l'information (ADN)
  • puissent agir sur d'autres molécules (protéines, enzymes), et plus précisement
    • Découper une molécule
    • Insérer une molécule dans une autre
    • Lire de l'information écrite sur une molécule
  • puissent échanger de l'information (métabolites)

Enfin en vrai le but c'est de faire des RIBOSOMES, ne l'oublions pas.

Et aussi des membranes, élément essentiel de toute bactérie qui se respecte.

Détails de l'implémentation

Atomes et Molécules

Les éléments de bases sont des atomes (ensemble fini). Pour l'instant, les atomes sont au nombres de 6 : A,B,C,D,E,F Les atomes se combinent linéairement pour former des molécules.

Autrement dit, une molécule est une chaine contenant les caractères A-F.

Acides et Protéines

Une molécule est parsée linéairement, pour produire une liste d'acides, c'est à dire une protéine.

Il y a quatre types d'acides :

  • Place : correspond à une place d'un réseau de pétri

  • Input_arc : correspond à un arc entrant d'une transition. Il y a trois types d'Input_arc :

    • Regular_iarc (tid) : pas d'effet particulier
    • Split_iarc (tid) : sépare en deux les tokens qui passent par l'arc ( en découpant aussi la molécule éventuellement présente )
    • Filter_iarc (filter_pattern, tid) : Ne laisse passer que les token dont la position courante de la molécule contenue correspond au filter_pattern

  • Output_arc : correspond à un arc sortant d'une transition. Il y a trois types d'Output_arc :

    • Regular_oarc (tid) : pas d'effet particulier
    • Move_oarc (tid, move) déplace la molécule contenue dans le token suivant move
    • Bind_oarc (tid) Fusionne deux tokens (et les molécules qu'ils contiennent)

  • Extension : Ajoute des fonctionnalités à une place

    • Bind_ext (binder) : Ajoute un binder
    • Grab_ext (graber) : ajoute un graber
    • Init_with_token_ext : la place est initialisée avec un token (vide)
    • Release_ext les tokens qui arrivent depuis une transition sont relachés à l'extérieur

Les types d'acides correspondent à une courte chaîne de caractères (deux ou trois). Quand l'acide a besoin de plus d'information, l'information est encodée par la chaîne qui suit l'acide, terminée par un marqueur de fin (deux ou trois caractères, commun à tous les acides).

Construction d'un réseau de pétri

Pour construire le réseau de pétri associé à une protéine, la protéine est lue séquentiellement :

  1. Tous les acides qui précèdent le premier acide Place sont ignorés

  2. À chaque acide Place rencontrée, une nouvelle Place du réseau est construite. Tant qu'une autre Place n'est pas rencontrée, les acides qui suivent seront liés à la place.

    Pour simplifier les réactions, seul le premier Bind et le premier Grab seront pris en compte par une place.

  3. TODO Un PROBLÈME:

    Que se passe-t-il si plusieurs transtions input avec la même id partent d'un même nœud, en particulier pour la gestion des token ? Plusieurs pistes :

    • la transition n'est pas crée
    • seul un des arcs est pris en compte
    • utiliser un des arcs au hasard
    • le programme bugge

Fonctionnement d'un réseau de pétri

Le modéle est inspiré des modèles existants, avec certaines spécificités. On a un graphe avec deux types de nœuds :

  • Des Places :
    • Peuvent contenir au plus un Token.
    • Interagissent avec l'extérieur.
  • Des Transitions :
    • font passer les Tokens d'une place à l'autre, en appliquant des effets particuliers.

Des arcs entrants vont des places aux transitions, et des arcs sortants vont des transitions aux places.

Les Tokens peuvent éventuellement contenir une molécule, ainsi qu'un pointeur vers un acide particulier (ou à la fin de la molécule).

  1. Fonctionnement des transitions :

    Une transition sera déclenchable si toutes les places avec des arcs entrants contiennent un token, et toutes les places d'arrivée sont vides.

    Quand une transition est déclenchée :

    1. Les arcs entrants sont parcourus séquentiellement (dans l'ordre dans lequel ils apparaissent dans la protéine). Une liste de tokens est alors générée, qui correspond aux tokens des places de départ après modification par les arcs entrants.
    2. La liste de token est parcourue, et les tokens répartis dans les arcs sortants (un token par arc, sauf pour les bind).
    3. Si le nombre de Token est supérieur au nombre d'arcs sortants, les Tokens restants sont relachés à l'extérieur (avec éventuellement des effets supplémentaires à l'avenir).

    En particulier, l'ordre dans lequels les places apparaissent dans la molécule a une influence sur le fonctionnement du réseau de pétri.

Réseaux de pétri étendus

Les réactions de type Bind lient deux réseaux de pétri entre eux. Cette opération peut-être réalisée à volonté, pour former des graphes arbitraires de réseaux de pétri.

Réactions

Une réaction est susceptible de se produire lorsque deux molécules se rencontrent. Il y a pour l'instant deux types de réactions implémentées : Grab et Bind

Le renvoi d'une molécule à l'extérieur peut aussi être vu comme un type de réaction.

  1. Grab

    Une place dotée d'une extension Grab sera capable d'attraper des molécules particulières, qui seront alors placées à l'intérieur d'un Token.

    Un acide de type Grab contient un chaîne de caractères, qui est parsée pour générer une expression régulière (restreinte). Les molécules qui sont matchées par l'expression régulière pourront être grabés (attrapées).

    Un grab ne peut se produire que si la place n'a pas de Token.

  2. TODO Bind

    Une extension de type bind possède un bind_pattern (une chaîne de caractère). Deux Places avec Bind de réseaux de pétri différent pourront se binder (s'attacher) si les chaînes de caractères sont le symétrique l'une de l'autre (reverse), et que les deux places n'ont pas de Token.

    Lorsqu'un Bind se produit, un token est créé dans les deux places impliquées.

    Dès que les deux places reçoivent à nouveau un token, les places se séparent (unbind).

    –> Mais donc :

    • soit la phase de réactions se produit avant la phase de déclenchment de transitions. Si les tokens sont toujours là après le déclenchement, on sépare
    • soit il faut faire plus attention, c'est compliqué

Réacteur et Simulation

Le réacteur contient toutes les molécules, et gère les rencontres et la simulation. Le réacteur doit accomplir deux objectifs concurrents :

  • être « réaliste »

  • être efficace

  • Molécules et réseaux de pétri

    Dans le réacteur se trouvent un certain nombre de molécules différentes, chacune ayant une quantité propre.

    Les réactions sont implémentées suivant le modèle décrit dans le papier

    https://www.mitpressjournals.org/doi/pdf/10.1162/978-0-262-33936-0-ch094
    Generalized Stochastic simulation algorithm for Artificial Chemistry, H. Soula

  • TODO Rencontres

    Tant qu'on n'étends pas les réseaux de pétri, c'est assez simple. Mais ensuite, il y a plusieurs choses à gérer:

    • Rencontre entre deux réseaux étendus : le problème, c'est qu'il peut y avoir beaucoup (BEAUCOUP) de bind possibles. Pour régler ça, on pourrait faire en sorte de ne faire de réactions qu'entre deux réseaux de pétri; donc quand deux réseaux étendus se recontrent, on détermine le lieu (réseau de pétri pour chacun) de leur rencontre.

    • Rencontres à l'intérieur d'un réseau étendu. Il faut faire en sorte :

      • que deux pnets très proches puissent réagir
      • que deux pnets lointains puissent réagir
      • sinon, pas de réaction

    Ou alors, dans le contexte du papier de Soula, donner les bons taux de réaction.