基於多生物網路的蛋白質功能預測算法研究

《基於多生物網路的蛋白質功能預測算法研究》是依託昆明理工大學，由彭瑋擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於多生物網路的蛋白質功能預測算法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：彭瑋
• 依託單位：昆明理工大學

項目摘要

隨著基因組序列數據和其功能注釋數據之間差距的日益增大，高效的蛋白質功能預測方法成為後基因組時代的研究熱點。考慮到細胞功能的系統性、複雜性及多樣性，設計合適的模型和方法來融合多元的生物信息是蛋白質功能預測研究面臨巨大的挑戰。本項目構建多個生物網路來描述多種生物信息之間以及他們與功能之間的關聯關係。基於多生物網路，研究蛋白質功能預測的新方法。首先分析各個網路的特徵、網路之間以及網路與功能之間的關係。考慮到生物網路的層次性和異構性採用多網路比對和多重擴散的方法來預測蛋白質功能。考慮到生物網路的動態性，在構建好的動態網路上，識別即時機制的蛋白質複合物和挖掘動態蛋白質子網來預測蛋白質功能。最後用機器學習的多層次學習框架集成多生物網路來預測的蛋白質功能。研究中涉及的數據、研究成果以及算法實現將會整合到一個統一的信息平台上來，實現多網路的構建、分析以及蛋白質功能預測，方便生物學研究和醫學研究人員使用。

結題摘要

隨著人類基因組計畫的完成，對測序後的基因組進行功能注釋，以及找到與疾病相關的基因、非編碼RNA、蛋白質等成為人們研究的熱點。研究人員試圖從分子水平注釋基因或蛋白質的功能，找到引起疾病的原因，從而為藥物設計、疾病治療提供指導工作。考慮到細胞功能的系統性、複雜性、多樣性以及現有生物特徵數據的多樣性以及異構性，本項目的研究重點是設計合適的模型和方法來融合多元的生物信息從而預測蛋白質與生長發育相關的關鍵功能，預測與疾病相關的具有藥物靶標功能的蛋白質，以及預測與疾病相關非編碼的RNA的功能。本項目通過構建多個生物網路來描述多種生物信息之間以及他們與功能、疾病之間的關聯關係。整理了多種構建蛋白質網路的方法，並對其可靠性進行評估。面對多元的生物特性，研究了多種生物特性的篩選方法以及多種生物特徵融合的方法。整理了隨機遊走模型在單個和多個生物網路上套用的方式。設計了一系列將隨機遊走模型套用在多個生物網路上的算法。並將這些算法套用於疾病相關基因、非編碼基因以及藥物靶標蛋白質功能方面的預測。最後為了便於生物學研究和醫學研究人員使用，開發了多生物數據分析平台。 在本基金的資助下，本項目組共發表了學術論文14 篇，其中SCI收錄10 篇，EI 收錄4 篇，出版學術專著1 部，獲得軟體著作權2 項。本項目組發表的對蛋白質相互作用網路進行預測和可靠行評估的綜述，自2016年線上發表以來，google 學術引用18次。本項目組發表的對隨機遊走模型在單個和多個生物網路上套用方式的綜述論文，自2016年線上發表以來，google 學術引用4次。我們項目在生物網路構建以及基於單個或多個生物網路隨機遊走模型方面的研究，為科研人員融合多元的生物信息來解決生物問題起到很好的參考和借鑑作用。例如研究人員借鑑我們蛋白質網路構建中的研究成果來識別引起豬瘟的胸膜肺炎放線桿菌的藥物靶標。採用基於多生物網路的隨機遊走模型來預測與水稻產量相關的基因。