發(fā)布時間：2022-01-24 08:01

　　噬菌體是專一感染細菌的病毒,它和細菌在自然環(huán)境里共同存在、共同進化,然后影響著整個生態(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,不良反應(yīng)少和種類極其豐富等特點,應(yīng)用噬菌體實現(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方法來預(yù)測它們的宿主以及病毒-宿主動態(tài)相互作用對微生物群落的影響。本項研究旨在通過融合多個噬菌體與宿主互作信號和使用多種機器學習算法來綜合性地預(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)測噬菌體與細菌單個互作信號的服務(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以及參考文獻所提到的數(shù)據(jù)里下載了13,055個細菌基因組和10,463個噬菌體基因組,基于這些基因組和搭建好的環(huán)境建立關(guān)于這5類噬菌體與細菌互作信號的數(shù)據(jù)庫,以便進行后續(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,細菌互作的噬菌體預(yù)測以及噬菌體-細菌對的互作... 

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

【文章頁數(shù)】：52 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

T4、T7、λ、M13噬菌體Fig.1-1T4、T7、λ、M13phage

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文-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。第一個作用就是它可以促進基因間的交流。噬菌體通過感染細菌把自己的DNA序列整合到細菌的基因組上，從而賦予細菌一些特異的表型。噬菌體的第二個功能就是維持微生物的多樣性。如果在一個細菌的種群里，某一種細菌的數(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菌并殺死他們，從而讓整個細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)。藍細菌是海洋里一類很重要的細菌，它能通過光合作用吸收二氧化碳并轉(zhuǎn)化成葡萄糖，50%左右的這種藍細菌最終會被它對應(yīng)的噬菌體裂解并釋放到整個海洋環(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重要的組成部分，每個人的腸道里大約含有1014個細菌，而噬菌體的數(shù)量卻有1015-16個，比細菌多10倍。噬菌體的功能遠遠不止于此，現(xiàn)如今，噬菌體靶向治療已經(jīng)成為當今炙手可熱的話題，但是噬菌體只有依賴于細菌宿主才能存活，并且噬菌體難以培養(yǎng)，因此通過生物信息學的方法來預(yù)測噬菌體與細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研究背景由于細菌與人類健康和環(huán)境息息相關(guān)，生態(tài)學家和微生物學家一直在研究著細菌群落，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，從而導致這

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文-17-圖3-1DBSCAN-SWA算法Fig.3-1TheprocedureofDBSCAN-SWA3.4.2互作信號模塊CRISPR模塊。當輸入噬菌體時，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-細菌，使用兩層標準原則，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，并送到訓練好的機器學習模型里進一步驗證；當輸入細菌序列時，首先預(yù)測該細菌的CRISPR系統(tǒng)和spacer序列，預(yù)測方法與建立數(shù)據(jù)庫時相同，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，同樣使用兩層標準原則進行預(yù)測；當輸入一對噬菌體-細菌時，首先預(yù)測細菌的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