[發(fā)明專利]一種基因合成致死關(guān)聯(lián)預(yù)測方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010511252.6
• 申請(qǐng)日: 2020-06-08
• 公開（公告）號(hào): CN111863123B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 歐陽樂;林奕龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳大學(xué)
• 主分類號(hào): G16B20/00
• 分類號(hào): G16B20/00;G16B40/00;G16B50/30
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 張金福

本發(fā)明涉及一種基因合成致死關(guān)聯(lián)預(yù)測方法，包括：S1：確定并使用多標(biāo)簽學(xué)習(xí)損失函數(shù)；S2：對(duì)多標(biāo)簽學(xué)習(xí)損失函數(shù)設(shè)置圖正則化懲罰項(xiàng)；得到圖正則化多標(biāo)簽學(xué)習(xí)模型；S3：利用多視角信息重新構(gòu)建S2中的圖正則化多標(biāo)簽學(xué)習(xí)模型，確定自適應(yīng)加權(quán)多視角模型；S4：對(duì)自適應(yīng)多視角模型進(jìn)行求解，實(shí)現(xiàn)基因合成致死關(guān)聯(lián)的預(yù)測。本發(fā)明所述方法可用于融入多個(gè)視角數(shù)據(jù)，打破單個(gè)視角的局限，具備較高的靈活性，可提高基因合成致死關(guān)聯(lián)預(yù)測的準(zhǔn)確率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)生物學(xué)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基因合成致死關(guān)聯(lián)預(yù)測方法。

背景技術(shù)

癌癥是由基因缺陷引起的復(fù)雜疾病。因此，揭示基因之間的相互作用關(guān)系對(duì)癌癥的診斷、治療和藥物開發(fā)至關(guān)重要。兩個(gè)基因合成致死是指兩個(gè)基因都同時(shí)失活對(duì)細(xì)胞是致命的，但其中一個(gè)基因的失活對(duì)細(xì)胞不會(huì)造成影響。因此，挖掘基因合成致死關(guān)聯(lián)有利于發(fā)現(xiàn)新的抗癌藥物靶點(diǎn)，對(duì)癌癥的治療意義重大。近年來，很多研究人員利用生物實(shí)驗(yàn)手段對(duì)基因合成致死展開了研究。然而，基于生物實(shí)驗(yàn)方法的基因合成致死關(guān)聯(lián)識(shí)別仍面臨諸多挑戰(zhàn)，如高成本，脫靶效應(yīng)以及平臺(tái)或細(xì)胞系之間的低一致性等。因此，需要先借助計(jì)算方法篩選出潛在的基因合成致死關(guān)聯(lián)，再通過生物實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。

近年來，涌現(xiàn)了許多基于計(jì)算模型的基因合成致死關(guān)聯(lián)預(yù)測方法，根據(jù)模型的基本原理，可以大致地將現(xiàn)有的方法分為三類，即基于知識(shí)的方法、監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)方法和矩陣分解方法。雖然每種算法都有各自的特點(diǎn)，它們通常只能夠利用到網(wǎng)絡(luò)中某種特定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。例如，基于知識(shí)的方法利用已有的合成致死基因的知識(shí)或假設(shè)來預(yù)測潛在的基因合成致死關(guān)聯(lián)，然而，該方法嚴(yán)重依賴于其它基因組數(shù)據(jù)，并且沒有利用已知的基因合成致死關(guān)聯(lián)中隱含的信息。監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)方法利用已知的基因合成致死關(guān)聯(lián)建立分類模型，用于預(yù)測新的基因合成致死關(guān)聯(lián)，但是傳統(tǒng)的監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)方法既需要正例，也需要負(fù)例，然而基因合成致死關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)中通常只有正例，因此，在基因合成致死關(guān)聯(lián)預(yù)測方面，該模型具有一定的局限性。矩陣分解方法將基因合成致死關(guān)聯(lián)預(yù)測問題轉(zhuǎn)化為矩陣填充問題，進(jìn)而通過矩陣分解來進(jìn)行填充，但是矩陣分解方法的性能依賴于對(duì)潛變量空間維數(shù)的假設(shè)，而真實(shí)維數(shù)通常是未知的，并且很難確定。由此可見，現(xiàn)有的計(jì)算方法通常缺乏足夠的已知基因合成致死關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，并且難以有效利用已知合成致死基因的相關(guān)知識(shí)，加上原始數(shù)據(jù)的固有噪聲，導(dǎo)致其難以取得較高的預(yù)測準(zhǔn)確率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)所述的基因合成致死關(guān)聯(lián)預(yù)測準(zhǔn)確率不夠高的缺陷，提供一種基因合成致死關(guān)聯(lián)預(yù)測方法。

所述方法包括以下步驟：

S1：確定并使用多標(biāo)簽學(xué)習(xí)損失函數(shù)；

S2：對(duì)多標(biāo)簽學(xué)習(xí)損失函數(shù)設(shè)置圖正則化懲罰項(xiàng)；得到圖正則化多標(biāo)簽學(xué)習(xí)模型；

S3：利用多視角信息重新構(gòu)建S2中的圖正則化多標(biāo)簽學(xué)習(xí)模型，確定自適應(yīng)加權(quán)多視角模型；

S4：對(duì)自適應(yīng)加權(quán)多視角模型進(jìn)行求解，實(shí)現(xiàn)基因合成致死關(guān)聯(lián)的預(yù)測。

本發(fā)明的目的是為了從不同來源得到的基因相似信息中提取有用的信息，并且產(chǎn)生一個(gè)更為準(zhǔn)確和可靠的基因相似矩陣，通過圖正則化項(xiàng)將學(xué)習(xí)得到的基因相似矩陣整合到基因合成致死的預(yù)測中，進(jìn)而挖掘出更為準(zhǔn)確和可靠的新的基因合成致死對(duì)，該方法可用于融入多個(gè)視角數(shù)據(jù)，打破單個(gè)視角的局限，具備較高的靈活性。

優(yōu)選地，S1所述損失函數(shù)為：

其中，U為預(yù)測的基因合成致死關(guān)聯(lián)矩陣，矩陣中每個(gè)元素U_ij的數(shù)值表示基因g_i和基因g_j形成合成致死關(guān)聯(lián)的可能性，數(shù)值越大表明越可能形成致死關(guān)聯(lián)；Y∈{0，1}^n×n描述已知的基因合成致死關(guān)聯(lián)，n為基因的數(shù)目；Tr(·)表示矩陣的跡。

優(yōu)選地，S2中圖正則化多標(biāo)簽學(xué)習(xí)模型為：