Ginawa nina Exequiel Jun Villejo, Dr. Aurelio de los Reyes V, at Dr. Bryan Hernandez ng Institute of Mathematics (IM) ng UPD-CS ang CRITERIA (Computing paRametrized posITive EquilibRIA), isang computational tool na awtomatikong nagsusuri ng mga biyolohikal na sistema. Sa halip na umasa lamang sa mga numerikal na simulasyon, kinukuha ng CRITERIA ang mga analitikal na ekspresyong naglalarawan sa mga posibleng steady state ng mga sistemang ito.

Ayon kay Dr. Hernandez, ang kanilang pamamaraan ay nagsasangkot ng pagkuha ng mga ekspresyong matematikal na nagbibigay ng wastong sagot sa mga ekwasyong naglalarawan sa isang biyolohikal na sistema sa steady state, sa halip na magtakda ng mga partikular na numerikal na halaga. Inilalarawan ng mga ekspresyong ito ang mga posibleng steady state batay sa mga parameter ng reaksyon at mga free variable. Dahil dito, naipapakita ng mga mananaliksik ang iba’t ibang posibleng estado ng sistema nang hindi kinakailangang magtalaga ng mga partikular na numerikal na halaga sa bawat variable.

“Ang mga ekspresyong nakukuha ng CRITERIA ay nagbibigay sa mga mananaliksik ng mas malawak na pag-unawa sa pangmatagalang gawi ng sistema. Makakatulong ang mga ito upang matukoy ang mga katangian gaya ng posibilidad na magkaroon ng maraming steady state, kung paano nakadepende ang mga konsentrasyon sa steady state sa mga parameter ng reaksyon, at kung aling mga katangian ng sistema ang nananatiling hindi nagbabago sa kabila ng mga pagbabago sa mga parameter na ito,” paliwanag ni Dr. Hernandez.

Bago ang CRITERIA, binuo ng pangkat ang COMPILES (COMPutIng anaLytic stEady States), isang naunang balangkas para sa pagkuha ng mga analitikal na ekspresyon ng mga steady state. Natutukoy ng COMPILES ang mahahalagang katangiang biyokemikal, kabilang ang bistability sa isang modelo ng genetic toggle switch at ang absolute concentration robustness sa isang masalimuot na modelo ng insulin signaling pathway.

Bagama’t naging matagumpay ang COMPILES sa ilang biyolohikal na sistema, nakapagtala ang kanilang grupo ng mga limitasyon nang gamitin ito sa mas masalimuot na mga network. Maaaring mangailangan ng malaking kakayahan sa pagpoproseso ang ilan sa mga hakbang nito, may mga ekspresyong nangangailangan pa ng karagdagang manipulasyong matematikal, at limitado ang implementasyon nito sa mas makitid na klase ng mga network ng reaksyon. Dahil sa mga limitasyong ito, naghanap ang pangkat ng mas praktikal at nababagong paraan upang makabuo ng mga analitikal na paglalarawan ng mga steady state sa mga network ng biyokemikal na reaksyon.

“Tulad ng COMPILES, hinahati muna ng CRITERIA ang isang network ng biyokemikal na reaksyon sa mas maliliit na bahagi. Dahil dito, mas madaling suriin ang sistema kaysa kung susuriin ang buong network nang sabay-sabay. Bago makuwenta ang mga steady state, kailangang matugunan ng maliliit na bahaging ito ang ilang kondisyong matematikal. Gumagamit ang CRITERIA ng mas mabisang proseso upang matugunan ang mga kinakailangang kondisyong ito,” ani Dr. Hernandez.

Sa COMPILES, unang kinukuwenta ang mga steady state ng maliliit na bahagi at saka pinagsasama-sama ang mga ito. Gayunman, maaari itong magbunga ng mga pormulang nakadepende sa isa’t isa kaya nangangailangan ang mga ito ng karagdagang manipulasyong alhebraiko. Binaligtad ng CRITERIA ang pagkakasunod-sunod na ito: pinagsasama muna ang mga binagong bahagi, at saka kinukuwenta ang mga steady state ng kinalabasan na sistema. Makakatulong ito upang maiwasan ang ilan sa mga komplikasyong nararanasan sa COMPILES.

“Sinubukan namin ang pagpapabuti na ito gamit ang 26 na benchmark biological models upang maihambing ang kahusayan ng bagong pamamaraan,” dagdag ni Dr. Hernandez. “Hindi natapos ng COMPILES ang 11 sa mga modelong ito sa loob ng isang oras, samantalang natapos ng CRITERIA ang lahat ng 26 na modelo, at ilang segundo lamang ang itinagal ng karamihan ng mga pagkukuwenta.”

Kabilang sa mga tanong sa biyolohiya ang pag-unawa kung paano kumikilos ang mga molekulang nag-uugnayan sa isa’t isa sa paglipas ng panahon at kung anong mga estado ang naaabot ng mga ito. Makakatulong ang CRITERIA sa mga mananaliksik na siyasatin ang mga posibleng steady state ng isang sistemang biyokemikal nang hindi kinakailangang magtakda ng mga partikular na halaga para sa bawat parameter ng reaksyon. Mahalaga ito sapagkat maraming parameter sa mga biyolohikal na sistema ang mahirap o magastos sukatin sa pamamagitan ng mga eksperimento.

Maaari ring maging kapaki-pakinabang ang CRITERIA sa pag-aaral ng mga prosesong may kaugnayan sa mga karamdaman. Kung may angkop na modelo ng isang pathway na may kaugnayan sa isang sakit, magagamit ng mga mananaliksik ang tool upang suriin kung maaaring magpalipat-lipat ang sistema sa iba’t ibang estado ng selula, kung aling mga bahagi ang nagpapanatili ng istableng konsentrasyon sa steady state, at kung ano ang maaring maging pangmatagalang epekto sa sistema ng mga pagbabago sa mga parameter ng reaksyon.

Ang pag-aaral na pinamagatang “CRITERIA: A network decomposition and elementary flux mode translation-based tool for computing equilibria of biochemical systems” ay nailathala sa PLOS Computational Biology, isang akademikong journal na naglalathala ng mga pag-aaral na may natatanging kontribusyon sa pagpapalalim ng ating pag-unawa sa mga buhay na sistema sa lahat ng antas sa pamamagitan ng paggamit ng mga pamamaraang nagkakalkula.

Reperensiya:

Villejo, E. J., Los Reyes V, A. A., & Hernandez, B. S. (2026). Criteria: A network decomposition and elementary flux mode translation-based tool for computing equilibria of biochemical systems. PLOS Computational Biology, 22(8), e1014633. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1014633