[發明專利]一種組學復雜網絡數據相互作用強度的計算方法

在審

• 申請號: 202010718273.5
• 申請日: 2020-07-23
• 公開（公告）號: CN111899787A
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 楊雯懿;黃建華
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G16B15/30
• 分類號: G16B15/30;G16B40/00
• 代理公司: 重慶天成卓越專利代理事務所(普通合伙) 50240
• 代理人: 譚春艷

本發明公開了一種組學復雜網絡數據相互作用強度的計算方法，該方法包括：采用基于信息熵的互信息方法進行相關性評估，并引入非參數檢驗方法(隨機置換檢驗)自動確定關聯度的顯著性閾值，通過這些計算得到代謝物、微量元素與臨床生理指標間的相互作用強度。使用隨機置換檢驗法(RPT)對互信息的關聯度進行顯著性檢驗。通過基于樣本的大量重復的隨機排列(或組合)估計其近似的抽樣分布，根據所研究的問題構造檢驗統計量，按排列組合的原理導出檢驗統計量的理論抽樣分布，再求出從該分布中獲得現有樣本的概率(P值)，并界定此概率值，做出推論。利用一個貪婪算法構建所有可能的配對，得到所有存在顯著性差異的微量元素與各生理指標間的互信息得分，計算得到所有的相互作用強度。

技術領域

本發明涉及一種組學復雜網絡數據相互作用強度的計算方法。屬于生物信息學領域。

背景技術

結合代謝組學和金屬組學方法對2型糖尿進病行研究，能同時得到臨床樣本中代謝物和微量元素的信息，包括它們的種類、含量、變化趨勢等。而近年來對代謝物、微量元素與疾病之間關系的研究，不僅僅局限于研究物質的種類、形態及變化趨勢等，更通過計算機輔助診斷手段來研究這些物質之間可能存在的相互影響或協同作用，構建它們之間復雜的相互作用網絡，進而幫助預測和診斷疾病的發生及發展，研究和探索疾病調控的機制。從生物分子水平上考慮，微量元素之間，微量元素與代謝物之間都存在相互協同、相互拮抗的復雜作用方式，從而達到一種動態平衡，來保證人體的健康，因而開展代謝產物、微量元素、生理指標間的相互作用方式是探索疾病發病機制的必要步驟。

生物信息學作為一門由數學、計算機科學、化學、生物學與信息科學交叉而形成的綜合學科，能夠從不同角度對海量的生物數據進行大規模分析鑒別，并進一步發展和歸納出生物化學中的一般性指導原則，而成為21世紀的新興熱門學科。對于代謝產物、微量元素與2型糖尿病間的相互作用網絡的研究已成為生物信息學的前沿熱點研究領域。而開發有效的復雜系統網絡構建、分析方法，不僅可以全面系統總結代謝產物、微量元素與2型糖尿病之間的關系，探討多類微量元素間相互作用、調控機制以及微量元素與2型糖尿病的可能發病機制，而且通過對其中復雜數據的關聯分析，為2型糖尿病發病機制研究提供了新角度，為篩選這類疾病的潛在藥物靶標和指導藥物設計提供新思路。

發明內容

本發明針對2型糖尿病與微量元素代謝素亂、多種代謝物異常之間的內在關聯及研究現狀，從系統生物學角度開展2型糖尿病發病機制和發展過程研究與探索。擬同時采用代謝組學和金屬組學這兩大手段，提出了一種新穎的計算相互作用強度和相關性的方法。為了達到上述目的，本發明的技術解決方案如下：

(1)采用基于信息熵的互信息方法進行相關性評估，并引入非參數檢驗方法(隨機置換檢驗)自動確定關聯度的顯著性閾值，通過這些計算得到代謝物、微量元素與臨床生理指標間的相互作用強度。

(2)使用隨機置換檢驗法(random permutation test，RPT)對互信息的關聯度進行顯著性檢驗。通過基于樣本的大量重復的隨機排列(或組合)估計其近似的抽樣分布，根據所研究的問題構造檢驗統計量，按排列組合的原理導出檢驗統計量的理論抽樣分布，再求出從該分布中獲得現有樣本的概率(P值)，并界定此概率值，做出推論

(3)利用一個貪婪算法構建所有可能的配對，得到所有存在顯著性差異的微量元素與各生理指標間的互信息得分，計算得到所有的相互作用強度，構建相互作用網絡。

有益效果：采用互信息算法，定量表征微量元素、代謝物與生理指標之間的相互作用模式和強度；構建微量元素、代謝物與臨床生理指標間的復雜作用網絡，并將兩類組學數據相融合，從整體、動態、系統的水平上深入研究微量元素與2型糖尿病發生和發展的相關調控機制。

附圖說明

圖1為本發明總體流程圖。

具體實施方式

(1)計算相互作用強度的具體步驟為：