噬菌体与细菌的互作信号预测

发布时间：2022-01-24 08:01

　　噬菌体是专一感染细菌的病毒,它和细菌在自然环境里共同存在、共同进化,然后影响着整个生态环境的功能。由于噬菌体具有宿主特异性高,指数增殖能力强,不良反应少和种类极其丰富等特点,应用噬菌体实现对复杂肠道菌群的调节和改造将有助于研发新型治疗剂,治疗耐药菌的感染以及进行噬菌体靶向治疗。随着高通量测序技术的普及,越来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学方法来预测它们的宿主以及病毒-宿主动态相互作用对微生物群落的影响。本项研究旨在通过融合多个噬菌体与宿主互作信号和使用多种机器学习算法来综合性地预测噬菌体与宿主相互作用。方法:1.搭建和开发关于预测噬菌体与细菌单个互作信号的服务器环境,工具与算法,互作信号主要是CRISPR,原噬菌体,遗传同源性,蛋白质-蛋白质互作以及序列组成（寡核苷酸频率模式）。2.建立数据库,从NCBI以及参考文献所提到的数据里下载了13,055个细菌基因组和10,463个噬菌体基因组,基于这些基因组和搭建好的环境建立关于这5类噬菌体与细菌互作信号的数据库,以便进行后续预测分析。3.开发算法流程,分别建立噬菌体宿主预测,细菌互作的噬菌体预测以及噬菌体-细菌对的互作... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

T4、T7、λ、M13噬菌体Fig.1-1T4、T7、λ、M13phage

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-2-1.1.2噬菌体功能噬菌体作为地球上最丰富的生物，具有很多重要的作用。第一个作用就是它可以促进基因间的交流。噬菌体通过感染细菌把自己的DNA序列整合到细菌的基因组上，从而赋予细菌一些特异的表型。噬菌体的第二个功能就是维持微生物的多样性。如果在一个细菌的种群里，某一种细菌的数量急剧增长，那么它对应的噬菌体就会特异地感染这一类细菌并杀死他们，从而让整个细菌的种群回归到平衡的状态。此外，噬菌体还参加地球的物质循环。蓝细菌是海洋里一类很重要的细菌，它能通过光合作用吸收二氧化碳并转化成葡萄糖，50%左右的这种蓝细菌最终会被它对应的噬菌体裂解并释放到整个海洋环境里，为周围的生物系统提供营养元素。噬菌体也是人体微生物组的一个重要的组成部分，每个人的肠道里大约含有1014个细菌，而噬菌体的数量却有1015-16个，比细菌多10倍。噬菌体的功能远远不止于此，现如今，噬菌体靶向治疗已经成为当今炙手可热的话题，但是噬菌体只有依赖于细菌宿主才能存活，并且噬菌体难以培养，因此通过生物信息学的方法来预测噬菌体与细菌的互作变得尤为重要。图1-2噬菌体功能Fig.1-2Thefunctionsofphages1.2研究背景与意义1.2.1研究背景由于细菌与人类健康和环境息息相关，生态学家和微生物学家一直在研究着细菌群落，从而能发现对人类和环境有益的潜在规律。据研究，人类微生物群会受到噬菌体的影响[1]，某些噬菌体会改变微生物群落的组成，从而导致这

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-17-图3-1DBSCAN-SWA算法Fig.3-1TheprocedureofDBSCAN-SWA3.4.2互作信号模块CRISPR模块。当输入噬菌体时，通过序列比对(Blastn)的方法，从建立好的spacer数据库里找到在一定阈值情况下与噬菌体序列相似度特别高的spacer序列，对于每一对噬菌体-细菌，使用两层标准原则，根据在表3-3中的阈值，如果符合criteria1,则直接预测为该噬菌体的宿主，如果不符合criteria1，但是符合criteria2，则被识别为候选的宿主，并送到训练好的机器学习模型里进一步验证；当输入细菌序列时，首先预测该细菌的CRISPR系统和spacer序列，预测方法与建立数据库时相同，然后使用Blastn从噬菌体数据里找到与之相似的噬菌体基因组，同样使用两层标准原则进行预测；当输入一对噬菌体-细菌时，首先预测细菌的spacer序列并用Blastn比对spacer序列跟噬菌体序列的相似性，


本文编号：3606195