【摘要】：病毒與細(xì)菌是人體重要的微生物組成部分,它們與人類疾病的狀態(tài)密切相關(guān)。病毒與宿主所構(gòu)成的微生物網(wǎng)絡(luò)社團具有復(fù)雜的作用機制,推測病毒與宿主的關(guān)聯(lián)對人類疾病的發(fā)病機制和微生物群落的理解具有重要意義。隨著人類宏基因組測序技術(shù)的進(jìn)步,基于序列組成、宏基因組序列同源性和豐度譜等方法在病毒-宿主關(guān)系預(yù)測中得到了廣泛的應(yīng)用。本文在病毒與宿主構(gòu)建的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)上分別通過鄰域正則化邏輯矩陣分解模型和宿主的相似性矩陣融合方法預(yù)測病毒與宿主的關(guān)聯(lián)。第一,基于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和核化邏輯矩陣分解的病毒-宿主關(guān)聯(lián)預(yù)測(LMFH-VH)。首先,基于寡核苷酸頻率(ONF)度量和高斯相互作用譜(GIP)核相似性分別構(gòu)建病毒相似網(wǎng)絡(luò)和宿主相似網(wǎng)絡(luò)。然后,本文通過已知的病毒-宿主關(guān)聯(lián)連接病毒相似性網(wǎng)絡(luò)和宿主相似性網(wǎng)絡(luò)從而構(gòu)建異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。最后,在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)上執(zhí)行鄰域正則化邏輯矩陣分解算法以預(yù)測潛在的病毒-宿主關(guān)聯(lián)。本文在NCBI的病毒和細(xì)菌基因組的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集中提取了三個子數(shù)據(jù)集,并用五折交叉驗證證實了LMFH-VH的性能比最近四種基于網(wǎng)絡(luò)模型的方法更優(yōu)。另外,在包含820個病毒與2699個細(xì)菌的數(shù)據(jù)集中,與最新的兩種病毒-宿主關(guān)聯(lián)預(yù)測方法相比,LMFH-VH的宿主預(yù)測精度分別提高了24.17%和12.8%。第二,基于多信息矩陣融合的病毒-宿主關(guān)聯(lián)預(yù)測。病毒相似性網(wǎng)絡(luò)基于寡核苷酸頻率(ONF)度量構(gòu)建,并通過相似性網(wǎng)絡(luò)融合(SNF)整合宿主的寡核苷酸頻率相似性和高斯相互作用譜(GIP)核相似性從而構(gòu)建宿主相似性網(wǎng)絡(luò)。然后在病毒與宿主的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)上執(zhí)行鄰域正則化邏輯矩陣分解算法來預(yù)測潛在的病毒-宿主關(guān)聯(lián)(MLMF-VH)。在包含352個病毒的數(shù)據(jù)集中,與其它四種基于網(wǎng)絡(luò)的方法相比,MLMF-VH模型的AUC和AUPR值最高。在包含820個病毒的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集上,MLMF-VH在物種水平的宿主預(yù)測精確度為63.66%,比最近提出的三種病毒-宿主關(guān)聯(lián)預(yù)測的方法更好。此外,案例研究結(jié)果表明該模型預(yù)測的人類腸道中的噬菌體crAssphage的宿主與之前研究中推定的宿主基本一致,而且還預(yù)測出另一個新的潛在宿主Escherichia coli。目前Escherichiacoli已經(jīng)被文獻(xiàn)證明與人類腸道的某些疾病相關(guān),該結(jié)果表明crAssphage可能在這些疾病中發(fā)揮著重要的作用。
【學(xué)位授予單位】：華中師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：Q939;TP301.6
【圖文】：

邐－ＨＩＶ邐－邋Ｃｏｘｓａｃｋｉｅ邋Ｂ邋ｖｉｒｕｓ逡逑圖１．２病毒感染的主要類型和所涉及的最顯著的物種概述［３０］逡逑目前己有研宄表明病毒如何感染細(xì)菌［１６］以及細(xì)菌如何抵御病毒的入侵［１７］。當(dāng)病逡逑毒感染細(xì)菌時，病毒表面的受體結(jié)合蛋白（ｒｂｐｓ）能夠識別細(xì)菌細(xì)胞上的受體并與逡逑之結(jié)合。如圖１．３所示，病毒附著在細(xì)菌宿主的表面，并將其基因組注入到宿主細(xì)逡逑菌體內(nèi)。根據(jù)宿主細(xì)菌的繁殖特點，將病毒分為溫和性病毒和裂解性病毒。溫和性逡逑病毒感染宿主后不會增殖，而是將基因組整合于宿主細(xì)菌的染色體上，并隨宿主細(xì)逡逑菌染色體的復(fù)制而復(fù)制，隨宿主細(xì)菌的分裂而分配至子代宿主細(xì)菌的染色體中。裂逡逑解性病毒在宿主體內(nèi)復(fù)制增殖并產(chǎn)生許多子代病毒，當(dāng)子代病毒達(dá)到一定的數(shù)量時，逡逑由于病毒合成酶類的溶解，最終會致使宿主細(xì)胞的裂解，該過程中釋放出的病毒將逡逑再次感染其它的宿主細(xì)胞。與此同時

ＤＮＡ片段，用于在隨后的病毒感染過程中檢測和破壞類似病毒的ＤＮＡ。因此，這逡逑些序列在原核生物的抗病毒防御系統(tǒng)中起著關(guān)鍵的作用［３６］。ＣＲＩＳＰＲ是存在于細(xì)菌逡逑中的一種基因組，該類基因組中含有攻擊過該細(xì)菌的病毒的基因片段。如圖２．１所逡逑示，該圖描述了細(xì)菌宿主中的ＣＲＩＳＰＲ基因片段抵抗病毒的防御過程，細(xì)菌通過這逡逑些基因片段來監(jiān)測并抵抗相同病毒的攻擊，并摧毀其ＤＮＡ。這類基因組是細(xì)菌免疫逡逑系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，通過這些基因組人類可以準(zhǔn)確且有效地編輯生命體內(nèi)的部分逡逑基因，也就是ＣＲＩＳＰＲ／Ｃａｓ９基因編輯技術(shù)［３６］。逡逑ＣＲＩＳＰＲ序列的分析揭示了宿主和病毒基因組的共同進(jìn)化過程。在與真核宿主逡逑相互作用的過程中，ＣＲＩＳＰＲ／Ｃａｓ介導(dǎo)的基因調(diào)控可能有助于內(nèi)源性細(xì)菌基因的調(diào)逡逑節(jié)。例如，弗朗西斯菌（價＜３７７￡＾／／＜３？0此此）使用獨特的小型ＣＲＩＳＰＲ／Ｃａｓ相關(guān)的逡逑ＲＮＡ邋（ｓｃａＲＮＡ）來抑制編碼細(xì)菌脂蛋白的內(nèi)源轉(zhuǎn)錄物［３７］。ＣＲＩＳＰＲ進(jìn)化的基本模型逡逑是合并的間隔物，它驅(qū)動了病毒的基因組突變用以避免宿主的免疫應(yīng)答，并在病毒逡逑和宿主群體中產(chǎn)生多樣性。為了抵抗病毒的感染

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本文編號：2720338