基于基因调控网络的代谢综合征研究

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1、题目基于基因调控网络的代谢综合征研究本文针对代谢综合征的趋势预测进行研究，通过建立基因调控网络，使用INR算法，明晰其具体问题所在，完成对人的个性化干预。问题一要求参考生物分子相互作用和基因通路信息，构建人类生命量化的动态模型。建立基于误差检验的回归模型，通过迭代筛选出有关的数据元，迭代公式如下:严“〜（牢）-工聞”>爲/（I+

2、S严

3、）），护申=J工（护+"_可网）2/（“_1）以此为基础建立多元回归模型作为学习工具，构建纵向基因调控模型，以此反应人类生命量化的动态情况。问题二要求结合临床监测数据，给出代谢综合征的关键通路。沿用问题一学习方法，建立

4、偏相关系数矩阵公式如下：◎=加力{1,』0.;0/}转化得到差异矩阵，求解它每行数据的绝对值作为基因改变量，筛选Z分数，大于3即是关键通路。通过模糊聚类将关键基因分为6类，第一类为脂肪分解类主要基因有ACAALA.ACAA2等，其余分类见正文。问题三要求根据一组具有较为完整的生物医学数据的人类群体，判断代谢综合征的风险大小和主要影响因素。沿用问题一方法算出代谢组数据，通过模糊贴近度来说明评价者和常人的差别，以此说明患病儿率。根据第二问求解方法算出被评价人基因差异值。差异值大的所属类即主要影响因素。关键词基因调控网络算法模糊聚类模糊贴近度一、问题背景与

5、重述1.1问题背景代谢综合征原称X综合征，随着经济的发展和人们生活水平的提高，许多原有的疾病被一些慢性#传染性疾病所取代，公认的X综合征至少包括七高：高体重、高血糖、高血压、高血脂或血脂异常症、高血凝、高尿酸血症以及高胰岛素血症或者胰岛素抵抗等，这七高都是一些代谢紊乱，而代谢综合征正是人体内多种物质发牛代谢紊乱的一种病理状态，极有可能导致患者罹患糖尿病、心脑血管等现代疾病。有关代谢综合征的病理、病因还没有得到一致的结论，FI前认为是多基因和多种环境相互作用的结果，与遗传、免疫和心理皆有密切的联系。基因变异影响着罹患代谢综合疾病的儿率，对每个人身上非遗

6、传因素的作用效果也有影响，因此代谢综合征在具有血缘关系的亲属之间有较高的发病率。人体生理运行的的动态特征目前都可以定量测量，也就可以实现对人体当前运行状态的动态监控。由自然、社会环境、生活方式等因素可能会对代谢综合疾病的指征产生短期或长期的影响,目前也可以通过移动医疗设备加以记录和检测。所以根据这些可以在平时采取健康和疾病预防措施，防止慢性病的爆发。1.2问题重述为明晰代谢综合征这个复杂系统的具体问题所在，完成对每个人的个性预防干预,建立早期的趋势预测模型。现给定一个具有较为完整的生物医学数据的人类群体，完成以下问题：1、参考牛物分子相互作用和基因通

7、路信息，构建人类生命量化的动态模型；2、结合临床监测数据，给岀代谢综合征的关键通路；3、根据一组具有较为完整的生物医学数据的人类群体，判断代谢综合征的风险大小和主要影响因素。二、问题分析2.1问题一的分析问题一要求参考生物分子相互作用和基因通路信息，构建人类生命量化的动态模型。代谢综合征是一种较为复杂的疾病表现，临床表现多样且难以量化，本文通过病人的六组数据来进行对代谢综合征的量化描述，将每个所得数据作为一个数据元，两两数据元间如果有联系，则通过连线表达其为有通路，若无连线，则表示其中联系较小即无通路。首先分析临床数据、基因组数据、表观基因数据等数据

8、间的关系，其次通过模拟各层数据间学习过程，经过学习可通过下层数据反馈出上层数据，由于每个数据元是有不同下层数据元影响，因此最后在学习过程在应加入阈值，排除异常影响。经过学习过程可以将此量化描述训练为一种纵向的基因调控网络，随着人类所处环境及其生活习惯的改变，会导致临床数据中某些数据元的改变，而随着每一个数据元的改变，会牵制整个基因网络的动态改变，本问以此网络作为人类生命量化的一个动态模型2.2问题二的分析问题二要求结合临床监测数据，给出代谢综合征的关键通路。经查阅资料，有G0、FEGG、DaWd等知名软件可以进行基因富集工作，通过基因富集找出关键通路

9、。然而，这类基因软件主要通过超几何分布的统计学方法进行基因富集的，所谓超几何分布可以理解为类似统计学经典案例黑球口球的抽取问题，是通过抽取基因在富集集内出现概率进行富集，此方法简单实用，但是要求较高，需要充分的先验知识。要进行基因富集，首先要做的就是将基因按标注分类，然而在本题中所找到数据不符合要求，且没有丰富的生物学先验知识的支撑，因此，本问只能采取建模知识来寻找关键基因通路。上文中提到，第一问所构建的是一种纵向基因调控网络，是基因在牛物体内一层层反馈作用的模拟，通过学习过程仿真，可通过任意一层的数据得出数据提供者的病情。而在这一问中本文构建横向基

10、因调控网络，来直观的表达同层基因间的联系,由于患者和正常人基因表达会有所不同，因此通过算法构建出的基因调控网