噬菌體是專一感染細(xì)菌的病毒,它和細(xì)菌在自然環(huán)境里共同存在、共同進(jìn)化,然后影響著整個(gè)生態(tài)環(huán)境的功能。由于噬菌體具有宿主特異性高,指數(shù)增殖能力強(qiáng),不良反應(yīng)少和種類極其豐富等特點(diǎn),應(yīng)用噬菌體實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜腸道菌群的調(diào)節(jié)和改造將有助于研發(fā)新型治療劑,治療耐藥菌的感染以及進(jìn)行噬菌體靶向治療。隨著高通量測序技術(shù)的普及,越來越多具有缺失宿主信息的病毒序列迫切需要利用生物信息學(xué)方法來預(yù)測它們的宿主以及病毒-宿主動(dòng)態(tài)相互作用對微生物群落的影響。本項(xiàng)研究旨在通過融合多個(gè)噬菌體與宿主互作信號和使用多種機(jī)器學(xué)習(xí)算法來綜合性地預(yù)測噬菌體與宿主相互作用。方法:1.搭建和開發(fā)關(guān)于預(yù)測噬菌體與細(xì)菌單個(gè)互作信號的服務(wù)器環(huán)境,工具與算法,互作信號主要是CRISPR,原噬菌體,遺傳同源性,蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)互作以及序列組成（寡核苷酸頻率模式）。2.建立數(shù)據(jù)庫,從NCBI以及參考文獻(xiàn)所提到的數(shù)據(jù)里下載了13,055個(gè)細(xì)菌基因組和10,463個(gè)噬菌體基因組,基于這些基因組和搭建好的環(huán)境建立關(guān)于這5類噬菌體與細(xì)菌互作信號的數(shù)據(jù)庫,以便進(jìn)行后續(xù)預(yù)測分析。3.開發(fā)算法流程,分別建立噬菌體宿主預(yù)測,細(xì)菌互作的噬菌體預(yù)測以及噬菌體-細(xì)菌對的互作... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級別】：碩士

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T4、T7、λ、M13噬菌體Fig.1-1T4、T7、λ、M13phage

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-2-1.1.2噬菌體功能噬菌體作為地球上最豐富的生物，具有很多重要的作用。第一個(gè)作用就是它可以促進(jìn)基因間的交流。噬菌體通過感染細(xì)菌把自己的DNA序列整合到細(xì)菌的基因組上，從而賦予細(xì)菌一些特異的表型。噬菌體的第二個(gè)功能就是維持微生物的多樣性。如果在一個(gè)細(xì)菌的種群里，某一種細(xì)菌的數(shù)量急劇增長，那么它對應(yīng)的噬菌體就會特異地感染這一類細(xì)菌并殺死他們，從而讓整個(gè)細(xì)菌的種群回歸到平衡的狀態(tài)。此外，噬菌體還參加地球的物質(zhì)循環(huán)。藍(lán)細(xì)菌是海洋里一類很重要的細(xì)菌，它能通過光合作用吸收二氧化碳并轉(zhuǎn)化成葡萄糖，50%左右的這種藍(lán)細(xì)菌最終會被它對應(yīng)的噬菌體裂解并釋放到整個(gè)海洋環(huán)境里，為周圍的生物系統(tǒng)提供營養(yǎng)元素。噬菌體也是人體微生物組的一個(gè)重要的組成部分，每個(gè)人的腸道里大約含有1014個(gè)細(xì)菌，而噬菌體的數(shù)量卻有1015-16個(gè)，比細(xì)菌多10倍。噬菌體的功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止于此，現(xiàn)如今，噬菌體靶向治療已經(jīng)成為當(dāng)今炙手可熱的話題，但是噬菌體只有依賴于細(xì)菌宿主才能存活，并且噬菌體難以培養(yǎng)，因此通過生物信息學(xué)的方法來預(yù)測噬菌體與細(xì)菌的互作變得尤為重要。圖1-2噬菌體功能Fig.1-2Thefunctionsofphages1.2研究背景與意義1.2.1研究背景由于細(xì)菌與人類健康和環(huán)境息息相關(guān)，生態(tài)學(xué)家和微生物學(xué)家一直在研究著細(xì)菌群落，從而能發(fā)現(xiàn)對人類和環(huán)境有益的潛在規(guī)律。據(jù)研究，人類微生物群會受到噬菌體的影響[1]，某些噬菌體會改變微生物群落的組成，從而導(dǎo)致這

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-17-圖3-1DBSCAN-SWA算法Fig.3-1TheprocedureofDBSCAN-SWA3.4.2互作信號模塊CRISPR模塊。當(dāng)輸入噬菌體時(shí)，通過序列比對(Blastn)的方法，從建立好的spacer數(shù)據(jù)庫里找到在一定閾值情況下與噬菌體序列相似度特別高的spacer序列，對于每一對噬菌體-細(xì)菌，使用兩層標(biāo)準(zhǔn)原則，根據(jù)在表3-3中的閾值，如果符合criteria1,則直接預(yù)測為該噬菌體的宿主，如果不符合criteria1，但是符合criteria2，則被識別為候選的宿主，并送到訓(xùn)練好的機(jī)器學(xué)習(xí)模型里進(jìn)一步驗(yàn)證；當(dāng)輸入細(xì)菌序列時(shí)，首先預(yù)測該細(xì)菌的CRISPR系統(tǒng)和spacer序列，預(yù)測方法與建立數(shù)據(jù)庫時(shí)相同，然后使用Blastn從噬菌體數(shù)據(jù)里找到與之相似的噬菌體基因組，同樣使用兩層標(biāo)準(zhǔn)原則進(jìn)行預(yù)測；當(dāng)輸入一對噬菌體-細(xì)菌時(shí)，首先預(yù)測細(xì)菌的spacer序列并用Blastn比對spacer序列跟噬菌體序列的相似性，


本文編號：3606195