【摘要】：病原菌是一種能引起感染的微生物,在這個感染的過程中細菌會侵入到宿主細胞中產(chǎn)生和分泌效應(yīng)蛋白,這些效應(yīng)蛋白能夠參與或操控細胞進程的各種重要活動。目前,有九種分泌系統(tǒng)在革蘭氏陰性菌細胞中已被發(fā)現(xiàn)。但是并沒有針對效應(yīng)蛋白開發(fā)的注釋信息數(shù)據(jù)庫以及對于效應(yīng)蛋白特征提取和預(yù)測的研究并不全面,因此構(gòu)建一個效應(yīng)蛋白數(shù)據(jù)庫以及借助機器學(xué)習算法和數(shù)據(jù)挖掘的相關(guān)技術(shù)對效應(yīng)蛋白序列進行分析,從而能夠完成效應(yīng)蛋白的預(yù)測具有非常重要的意義。本研究主要針對目前細菌Ⅲ/Ⅳ/Ⅵ型分泌系統(tǒng)中效應(yīng)蛋白的數(shù)據(jù)庫以及效應(yīng)蛋白預(yù)測方法存在的不足之處,開發(fā)出細菌Ⅲ/Ⅳ/Ⅵ型分泌系統(tǒng)中效應(yīng)蛋白的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)SecretEPDB和提出細菌Ⅳ型分泌系統(tǒng)中效應(yīng)蛋白的預(yù)測方法Bastion4。論文主要內(nèi)容如下:(1)細菌Ⅲ/Ⅳ/Ⅵ型分泌系統(tǒng)中效應(yīng)蛋白數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)SecretEPDB的構(gòu)建。通過搜集細菌Ⅲ/Ⅳ/Ⅵ型分泌系統(tǒng)效應(yīng)蛋白數(shù)據(jù),使用生物信息工具或在不同的公開數(shù)據(jù)庫中根據(jù)效應(yīng)蛋白的序列提取其注釋信息。同時使用MySQL數(shù)據(jù)庫、Struts 2、Hibernate等計算機技術(shù)構(gòu)建SecretEPDB數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)能夠?qū)θN效應(yīng)蛋白提供豐富的注釋信息,主要包括:蛋白質(zhì)基本信息、蛋白質(zhì)功能、蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)、Pfam區(qū)域、KEGG通路信息等。與目前其他效應(yīng)蛋白數(shù)據(jù)庫相比,SecretEPDB數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)都是經(jīng)過實驗驗證的確定性效應(yīng)蛋白序列,并能提供每一條效應(yīng)蛋白多方面的注釋信息和相應(yīng)的統(tǒng)計分析工作。(2)細菌Ⅳ型分泌系統(tǒng)效應(yīng)蛋白的預(yù)測方法Bastion4的研究。該方法的構(gòu)建步驟為搜集細菌Ⅳ型分泌系統(tǒng)中效應(yīng)蛋白的序列并進行數(shù)據(jù)預(yù)處理,計算并提取蛋白質(zhì)局部序列編碼特征、全局序列編碼特征、結(jié)構(gòu)描述編碼特征等的不同類型特征,并使用GainRatio方法進行特征選擇,結(jié)合隨機森林算法構(gòu)建預(yù)測模型,最后使用集成學(xué)習算法中多數(shù)投票機制對不同的模型進行集成,得到細菌Ⅳ型分泌系統(tǒng)效應(yīng)蛋白的預(yù)測方法Bastion4。通過實驗和案例分析證明:使用不同但是互補的蛋白質(zhì)特征能夠更好的提高預(yù)測性能;在基于單一特征的分類器基礎(chǔ)上使用集成學(xué)習算法能夠更好的完成效應(yīng)蛋白的預(yù)測。相比于現(xiàn)有的兩個方法T4EffPred和T4SEpre,Bastion4對細菌Ⅳ型分泌系統(tǒng)中效應(yīng)蛋白的預(yù)測性能最優(yōu),F值高達94.2%。
【圖文】：

酸（Valine）和異亮氨酸（Isoleucine），疏水性相對弱殘基主要有和甲硫ethionine）、色氨酸（Tryptophan）、甘氨酸（Glycine）和丙氨酸（Alanine）。帶基主要有賴氨酸（Lysine）、精氨酸（Arginine）；谷氨酸（Glutamate）、天冬spartate）則為帶負電的殘基。表 1-3 表示了組成蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)中常見氨基酸及表示形式。氨基酸組成的蛋白質(zhì)序列常用 fasta 格式的文本形式表示，如圖 1-1（A）即是于 NCBI 數(shù)據(jù)庫蛋白質(zhì)的 fasta 格式，fasta 格式是以“>”開頭，接著是序列的gi|1069777805|gb|AOR81463.1|”，所有來源于 NCBI 的序列均有唯一的 gi 號，是序列的標識符以及序列說明，在該條序列中，“gb|AOR81463.1|”則是表明該于 GenBank 的參考數(shù)據(jù)庫，，接收號是“AOR81463.1”，緊隨其后是序列的描述序列的學(xué)名以及種類。此外，圖 1-1（B）是來自于 UniProt 數(shù)據(jù)庫的蛋白質(zhì)序以“>”開頭，序列標識符是“sp”（也可能是“tr”），序列標志還包括該蛋白Prot 數(shù)據(jù)庫的 ID 號、學(xué)名、種族信息（OS）、基因組（GN）等信息。換行后是氨基酸序列，每一個氨基酸的位點是使用代表某個氨基酸的字母來表示。A

或宿主細胞內(nèi)的系統(tǒng)，越來越多的生物實驗已經(jīng)證明效應(yīng)蛋白對細菌以及宿主有著重要的作用。因此，構(gòu)建效應(yīng)蛋白數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，從而幫助研究者更為方便地獲取效白的信息就顯得尤為重要。本章通過搜集整理經(jīng)過實驗驗證的細菌Ⅲ型、Ⅳ型、Ⅵ泌系統(tǒng)（T3SS、T4SS、T6SS）的效應(yīng)蛋白數(shù)據(jù)（T3SE、T4SE、T6SE），使用生物工具或在不同的公開數(shù)據(jù)庫中根據(jù)效應(yīng)蛋白的序列提取其注釋信息，同時使ySQL 數(shù)據(jù)庫、Struts 2、Hibernate 等計算機技術(shù)完成對細菌Ⅲ/Ⅳ/Ⅵ型分泌系統(tǒng)中蛋白數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) SecretEPDB（Bacterial Secreted Effector Protein DataBase）的構(gòu)建。.1 方法概述與流程SecretEPDB 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構(gòu)建流程可分為三個主要步驟：數(shù)據(jù)搜集、注釋信息、構(gòu)建數(shù)據(jù)庫。第一步為數(shù)據(jù)搜集，本研究從 UniProt 數(shù)據(jù)庫、發(fā)表文獻的正樣本集、相關(guān)文獻中這三個方面搜集效應(yīng)蛋白的數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進行去重操作，用建 SecretEPDB 的數(shù)據(jù)集。第二步是根據(jù)這些效應(yīng)蛋白的序列在不同的公開數(shù)據(jù)庫取其注釋信息，或者是使用相應(yīng)的生物信息工具來預(yù)測其相關(guān)的注釋信息。第三步用MySQL數(shù)據(jù)庫將效應(yīng)蛋白的序列信息及其注釋信息存儲，并使用Struts 2、Hibern計算機技術(shù)完成 SecretEPDB 的網(wǎng)頁設(shè)計與構(gòu)建。構(gòu)建過程如圖 3-1 所示。生物信息工具公開數(shù)據(jù)庫
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP311.13;R378

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本文編號：2568967