バイオインフォマティクスシリーズ 4
システムバイオロジー
監：浜田 道昭
著：宇田 新介
内容紹介
【書籍の特徴】
・生物学分野および情報科学分野の学生・技術者・研究者を主な対象に，システムバイオロジーの基礎から応用までを解説した。
・生命現象をモデリングする上で，オーソドックスな手法から比較的新しい手法までを幅広く取り上げた。
・学際的分野であることから読者の学問的背景が多岐にわたることを想定し，数式に不慣れな読者への読みやすさを保ちつつ，一方で数理的側面からの理解を深めたい読者ために，比較的複雑な数式の導出は付録にまとめている。
【各章について】
1章：システムバイオロジーの基礎的概念について，応用例を通して述べています。
2章：生化学反応モデルから出発して，常微分方程式によって生命現象のダイナミクスをモデリングする手法について述べています。
3章：線形時不変システムを通して，周波数応答を理解します。
4章：確率過程によるモデリングとシミュレーションの方法について，述べています。
5章：常微分方程式モデルのパラメータ推定方法について述べています。
6章：生命現象のブラックボックス的なモデリングを可能とする統計モデルについて，紹介しています。
7章：生命現象を情報処理的な側面から理解するために、情報理論を用いた解析方法について述べています。
【著者からのメッセージ】
システムバイオロジーが学際的分野であることを踏まえ，多くの分野の読者に読みやすくなるように心がけました。また，システムバイオロジーの話題が多岐にわたる中で，中核をなす基本的な概念や手法をできるだけ取り入れるようにする一方，比較的新しい話題についても触れています。
【キーワード】
分子生物学，シグナル伝達，生化学反応，常微分方程式，確率過程，モデリング，周波数応答，数値シミュレーション，パラメータ推定，統計モデル，情報理論，エントロピー
目次
1. システムバイオロジーの基礎的概念
1.1 システムバイオロジーとは
1.2 生物学の基礎
1.3 いくつかの例
1.3.1 ERK経路のモデル
1.3.2 血糖値の制御
1.3.3 出芽酵母の浸透圧ストレス応答
2. 常微分方程式（ODE）モデル
2.1 生化学反応モデル
2.2 時定数
2.3 逐次反応と定常状態近似
2.4 酵素反応
2.5 過感応性
2.5.1 n次応答
2.5.2 0次過感応性
2.6 アダプテーション
2.6.1 フィードフォワードループ制御
2.6.2 フィードバックループ制御
2.7 ヒステリシス
2.8 振動
2.8.1 2次遅れシステム
2.8.2 FitzHugh-Nagumoモデル
3. 線形時不変システム
3.1 重ね合わせの理
3.2 伝達関数
3.3 周波数応答
4. 確率過程による反応モデル
4.1 ポアソン分布
4.2 ポアソン過程による生化学反応の記述
4.3 確率モデルの数値シミュレーション
4.3.1 Gillespie法
4.3.2 γ-leaping法
4.4 その他の確率的反応の記述法
4.4.1 化学マスター方程式
4.4.2 化学ランジュバン方程式
4.5 数値シミュレーションの例
4.5.1 酵素反応
4.5.2 遺伝子発現
4.6 内因性ノイズと外因性ノイズ
5. パラメータ推定
5.1 順問題と逆問題
5.2 最小2乗法によるパラメータの推定
5.2.1 最小2乗法
5.2.2 進化的プログラミング
5.2.3 勾配法
5.2.4 人工モデルの例：最小2乗法
5.3 ベイズ推定によるパラメータの推定
5.3.1 ベイズ推定
5.3.2 ベイズ推定によるパラメータの推定
5.3.3 最小2乗法との関係
5.3.4 メトロポリス・ヘイスティングスアルゴリズム
5.3.5 人工モデルの例：ベイズ推定
5.4 適合のよさ
5.5 モデル選択
5.6 感度解析
6. 統計モデル
6.1 線形回帰モデル
6.2 主成分分析
6.3 主成分回帰モデル
6.4 部分最小2乗回帰モデル
6.5 部分最小2乗回帰モデルの適用例
7. 情報理論的アプローチ
7.1 生命の情報処理
7.2 情報理論の基礎
7.2.1 情報とはなにか？
7.2.2 情報量
7.2.3 簡単な通信のモデル：2元対称通信路
7.2.4 細胞内情報伝達のモデル化
7.2.5 相互情報量の基本的性質
7.2.6 微分エントロピー
7.2.7 ガウス通信路
7.3 分布の推定
7.3.1 適応分割法
7.3.2 B-スプライン関数を用いる方法
7.3.3 カーネル密度推定法
7.3.4 k近傍を用いた情報量の推定
7.4 生物システムへの応用例
7.4.1 ショウジョウバエの発生におけるBicoid-Hunchbackシステム
7.4.2 BushモデルとTreeモデル
7.4.3 経路による情報量の寄与
7.4.4 時系列の相互情報量
付録
A.1 常微分方程式の解法
A.1.1 変数分離形
A.1.2 1階ODE
A.1.3 2階ODE
A.2 特異値分解
A.3 ポアソン分布
A.4 化学マスター方程式の導出
A.5 η_int，η_extの導出
A.6 Blahut-Arimotoアルゴリズム
A.7 k近傍を用いた情報量を推定する式の導出
A.8 σ_g(c)が小さいとき，および大きいときの通信路容量の近似
引用・参考文献
索引
ISBN：9784339027341
。出版社：コロナ社
。判型：A5
。ページ数：198ページ
。定価：3000円（本体）
。発行年月日：2022年11月
。発売日：2022年11月04日
。国際分類コード【Thema（シーマ）】 １：PSAK。
