【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(tuán)具有復(fù)雜的作用機(jī)制,推測(cè)病毒與宿主的關(guān)聯(lián)對(duì)人類疾病的發(fā)病機(jī)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(cè)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(cè)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(guò)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(cè)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(cè)(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(guò)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(cè)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(gè)子數(shù)據(jù)集,并用五折交叉驗(yàn)證證實(shí)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(gè)病毒與2699個(gè)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(cè)方法相比,LMFH-VH的宿主預(yù)測(cè)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(cè)。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(guò)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(lái)預(yù)測(cè)潛在的病毒-宿主關(guān)聯(lián)(MLMF-VH)。在包含352個(gè)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(gè)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(cè)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(cè)的方法更好。此外,案例研究結(jié)果表明該模型預(yù)測(cè)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(cè)出另一個(gè)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：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(shí)，病毒表面的受體結(jié)合蛋白（ｒｂｐｓ）能夠識(shí)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(diǎn)，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(huì)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(shí)，逡逑由于病毒合成酶類的溶解，最終會(huì)致使宿主細(xì)胞的裂解，該過(guò)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(shí)

ＤＮＡ片段，用于在隨后的病毒感染過(guò)程中檢測(cè)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(guò)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(guò)程，細(xì)菌通過(guò)這逡逑些基因片段來(lái)監(jiān)測(cè)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(guò)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(guò)程。在與真核宿主逡逑相互作用的過(guò)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(jià)＜３７７￡＾／／＜３？0此此）使用獨(dú)特的小型ＣＲＩＳＰＲ／Ｃａｓ相關(guān)的逡逑ＲＮＡ邋（ｓｃａＲＮＡ）來(lái)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(dòng)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(hào)：2720338