基于特征图网络和多种生物信息预测关键蛋白质的深度学习框架

针对生物实验识别关键蛋白质费时费力,使用计算方法预测关键蛋白质无法有效整合生物信息的问题,提出一个深度学习框架.首先利用网络拓扑结构、基因表达数据和GO(gene ontology)注释数据构建加权蛋白质相互作用网络;然后分别使用特征图网络和双向长短期记忆细胞从亚细胞定位数据、蛋白质复合物数据和基因表达数据中提取特征向量;最后将这些特征向量输入到任务学习层预测关键蛋白质.实验结果表明,相比于现有的计算方法,该方法预测性能更好.

乳腺癌局部基因网络模型及其与营养代谢模块的耦联

利用局部基因网络模式方法构建了乳腺癌的局部基因网络与若干营养代谢模块的耦联图,初步展示了脂类代谢(其中包括酒精代谢)、多糖代谢、能量代谢和氨基酸代谢与乳腺癌易感基因之间的复杂联系,为研究复杂疾病与营养代谢失调之间的关系提供一个方法平台,也为乳腺癌病人个体化饮食营养配伍研究奠定分子基础。

摄食低钠盐对三高病人局部基因网络模式的共同影响

应用局部基因网络模式(Local gene network pattern)研究摄食低钠盐在高血压、高脂血及高血糖三种疾病人群血液基因表达谱引起的若干共同差异。测试人群包含19个样本(8正常,11三高疾病),经过检测食用低钠盐前后的基因表达芯片,在监测的150个高血压候选基因中,有17个有明显表达,其中的14个发现可以通过明确的信号通路相互连通成包含约60个基因的局部基因网络。该局部基因网络相对于正常组在三高疾病组中的共同变化表现在4个基因上。结果表明,局部基因网络可在分子水平上研究营养因子对不同人群的营养效应。上述三高病人响应低钠盐的共同局部基因网络可以从方法学上作为进一步研发功能食品的基础,也为低钠盐作为针对三高人群的非药物保健因子在基因表达上提供了进一步研究所需的素材。

基于因果关系挖掘的概率基因调控网络的构建

科学的基因聚类方法是构建基因调控网络的前提,但仅以聚类作为构建网络的主要手段只能找到共同调控的基因,不能精确反映基因之间的相互作用过程。贝叶斯网络模型通过基于图的方式求得多变量之间条件独立的概率因果关系,但因其计算复杂性受到应用层面的限制。该文综合考虑几方面因素,在对基因进行聚类基础上,通过对调控关系的预测获得对目标基因的调控基因组,再利用LCD(localcausal relation discovery)方法通过限制搜索条件发现基因间的独立关系,进而获得基因调控网络。实验结果表明了该方法的可行性和有效性。

低钠盐饮食对胰岛素信号通路相关基因网络状态的影响

研究低钠盐饮食对高血压与肥胖并发者血液中胰岛素信号通路相关基因表达的影响,初步找到表达发生变化的基因间相互关联的网络状态。选择3名高血压与肥胖并发者,分别对他们食用低钠盐前后的血样做胰岛素信号通路表达谱芯片,共6张。以每个受试者食用前所做芯片图做对照,找出其食用后表达发生变化的基因。在检测的144个基因中,得到2次以上重复一致的异常表达基因共26条:上调基因6个,下调基因20个。食用低钠盐对胰岛素信号传导通路中的Focal Adhesion通路和PI3K途径有直接的影响,上述结果从血液基因表达的层面和局部基因网络的角度提供了食低钠盐缓减胰岛素抵抗的初步证据。

影响长寿的局部基因网络模型及其与营养代谢模块的相关性

利用酵母、线虫等模式生物寿命相关基因及其与人类基因的同源性构建了人类寿命相关的局部基因网络。该局部网络包含了mTOR signaling pathway,Insulin signaling pathway,MAPK signaling pathway等信号传导通路,包含了大约17个基因。进一步分析发现该局部网络主要耦联的营养代谢模块是氨基酸代谢、多糖代谢、能量代谢和脂类代谢。

基于基因表达式编程的WSN定位算法

针对遗传算法在无线传感器网络(WSN)定位优化时早熟收敛、局部寻优能力差的问题,提出一种基于基因表达式编程的WSN定位优化算法。采用采样方法估计节点初始位置,运用基因表达式编程算法对节点初始位置进行优化,其编码方式和特有的遗传算子在最优值发现过程中具有明显优势。实验结果表明,与传统的遗传算法相比,该算法寻优能力强、定位精度高、收敛速度快。

Tup1突变对转录抑制局部网络中基因表达的非线性影响

研究基因网络的非线性行为特征是研制基因网络技术的基础。Tup1基因是酵母中作用最为广泛的转录抑制因子之一,利用酵母生物信息学数据库中蛋白相互作用关系,构建一个以Tup1为中心,4个层次741个基因的局部基因网络。统计分析六张Tup1不同突变的基因表达芯片数据,将局部基因网络中的全部基因按照3个网络特征进行统计分析:必需\非必需基因、网络层次和网络节点,并研究这些特征与基因表达之间的关系。初步发现基因表达变化的强度与节点数目成一定的反比关系,必需基因的平均变化程度较非必需基因为低,且由Tup1突变引发的其他基因的表达变化在以Tup1为中心的局部基因网络中近层次网络变化程度较大,远层次网络变化程度较低。

个体化营养产品研制相关的基因网络技术平台研究

个体化营养与健康是生物技术产业谋划的一个重要领域,也是特种人群保持健康或增强体能需要考虑的技术问题。本研究以乳腺癌和肥胖共同的局部基因网络及其与几个营养代谢模块之间的关联研究为范例提供了初步的一个技术平台。基因网络技术是该领域的一个共性关键技术。利用局部基因网络模式方法构建了乳腺癌和肥胖的局部基因网络,这两个网络的交集与氨基酸代谢,核苷酸代谢﹑多糖代谢﹑辅助因子代谢﹑类脂代谢﹑能量代谢和外源物质代谢存在复杂的耦联。原则上依据该耦联图和大量人群样本的基因表达谱和代谢组学谱数据可以找到特定生物表型对应的营养代谢缺陷,为研制特定人群或个体需要补充的营养产品提供一个分子技术平台。

时滞基因调控网络的双稳定性和局部分岔

研究了含三个节点和两个反馈环的时滞基因调控网络的双稳定性和局部分岔.确定了该网络的正平衡点的个数.通过分析对应的特征方程,建立了网络双稳定性和Hopf分岔的存在性条件.研究结果显示,网络中正反馈环的存在会促使网络出现双稳定状态,而当网络有负反馈环且时滞达到某一临界值时,网络将产生Hopf分岔.数值仿真验证了理论结果的正确性.