Robust and Reliable Mathematical Models for Biomolecular Data via Differential Geometry and Graph Theory

通过微分几何和图论建立稳健可靠的生物分子数据数学模型

基本信息

  • 批准号:
    2151802
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 30.67万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-09-15 至 2025-08-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

This project is jointly funded by Division of Mathematical Sciences/Mathematical Biology Program and the Established Program to Stimulate Competitive Research (EPSCoR).A major trend of biological sciences in the 21st century is their transition from quantitative, phenomenological, and descriptive to quantitative, analytical, and predictive. Fundamental challenges that hinder the current understanding of biomolecular structure-function relationships, which is the central theme of biological sciences, are their tremendous structural complexity and excessively large datasets. The project will address grand challenges in understanding the biomolecular structure-function relationship from massive datasets by introducing new concepts in graph theory and differential geometry. The results from this project will open a new direction and foster similar approaches in biological data analysis. The graduate and undergraduate students will receive training in data analysis, biological modeling, and algorithm development from this project. In addition, novel mathematical frameworks will be available in the software packages to ensure extensive usage by the community of researchers throughout biology, computer science, and mathematics.This project will develop new spectral graph theory and differential geometry-based approaches to revolutionize the current practice in biomolecular data analysis and modeling. First, investigators will introduce multiscale weighted colored algebraic graphs (spectral graphs) to reduce the structural complexity of biomolecular data. These methods will be tailored for various biological systems, such as protein binding to protein, ligand, DNA, and RNA, protein folding stability changes upon mutation, drug toxicity, solvation, solubility, and partition coefficient. Secondly, investigators will construct low-dimensional element interactive manifolds for the first time to properly encode chemical and biological information. These methods will be carefully integrated with advanced machine learning or deep learning algorithms to uncover biomolecular structure-function relationships. Finally, investigators will extensively validate the proposed methods on a variety of datasets, optimize these mathematical learning strategies using parallel and GPU architectures, and develop user-friendly software packages or online servers for researchers who might not have training in mathematics and machine learning.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
该项目由数学科学部/数学生物学计划和刺激竞争研究既定计划(EPSCoR)联合资助。21世纪生物科学的一个主要趋势是从定量、现象学和描述性向定量、分析性转变。 ,并具有预测性。阻碍当前对生物分子结构与功能关系(生物科学的中心主题)的理解的基本挑战是其巨大的结构复杂性和过大的数据集。该项目将通过引入图论和微分几何的新概念,解决从海量数据集中理解生物分子结构-功能关系的巨大挑战。该项目的结果将为生物数据分析开辟新的方向并促进类似的方法。研究生和本科生将从该项目中接受数据分析、生物建模和算法开发方面的培训。此外,软件包中还将提供新颖的数学框架,以确保生物学、计算机科学和数学领域的研究人员广泛使用。该项目将开发新的谱图理论和基于微分几何的方法,以彻底改变当前的实践生物分子数据分析和建模。首先,研究人员将引入多尺度加权彩色代数图(谱图)以降低生物分子数据的结构复杂性。这些方法将针对各种生物系统进行定制,例如蛋白质与蛋白质、配体、DNA 和 RNA 的结合、突变时蛋白质折叠稳定性的变化、药物毒性、溶剂化、溶解度和分配系数。其次,研究人员将首次构建低维元素交互流形,以正确编码化学和生物信息。这些方法将与先进的机器学习或深度学习算法仔细集成,以揭示生物分子的结构-功能关系。最后,研究人员将在各种数据集上广泛验证所提出的方法,使用并行和 GPU 架构优化这些数学学习策略,并为可能没有接受过数学和机器学习培训的研究人员开发用户友好的软件包或在线服务器。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Novel Molecular Representations Using Neumann-Cayley Orthogonal Gated Recurrent Unit
  • DOI:
    10.1021/acs.jcim.2c01526
  • 发表时间:
    2023-04
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Edison Mucllari;Vasily Zadorozhnyy;Qiang Ye;D. Nguyen
  • 通讯作者:
    Edison Mucllari;Vasily Zadorozhnyy;Qiang Ye;D. Nguyen
Geometric graph learning with extended atom-types features for protein-ligand binding affinity prediction
  • DOI:
    10.1016/j.compbiomed.2023.107250
  • 发表时间:
    2023-07-27
  • 期刊:
  • 影响因子:
    7.7
  • 作者:
    Rana,Md Masud;Nguyen,Duc Duy
  • 通讯作者:
    Nguyen,Duc Duy
Multiscale laplacian learning
  • DOI:
    10.1007/s10489-022-04333-2
  • 发表时间:
    2021-09
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    E. Merkurjev;D. Nguyen;Guo-Wei Wei-Guo-Wei-Wei-2113827098
  • 通讯作者:
    E. Merkurjev;D. Nguyen;Guo-Wei Wei-Guo-Wei-Wei-2113827098
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Duc Nguyen其他文献

Latent Tuberculosis Infection Testing and Treatment at a Federally Qualified Health Center in Southern California
在南加州联邦合格健康中心进行潜伏性结核感染检测和治疗
  • DOI:
    10.1097/ncq.0000000000000579
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.2
  • 作者:
    Fayette Nguyen Truax;Julie Low;Tessa Mochizuki;Setie Asfaha;T. Nguyen;Michael Carson;S. Katrak;N. Shah;Duc Nguyen
  • 通讯作者:
    Duc Nguyen
Intermittent micro-aeration: New strategy to control volatile fatty acid accumulation in high organic loading anaerobic digestion
  • DOI:
    10.1016/j.watres.2019.115080
  • 发表时间:
    2019-12-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    12.8
  • 作者:
    Duc Nguyen;Wu, Zhuoying;Khanal, Samir Kumar
  • 通讯作者:
    Khanal, Samir Kumar
0046 Circadian misalignment is associated with Covid-19 infection
第0046章 昼夜节律失调与Covid-19感染有关
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    J. Coelho;J. Micoulaud;Duc Nguyen;A. Wiet;J. Taillard;P. Philip
  • 通讯作者:
    P. Philip
Unsupervised Anomaly Detection on Temporal Multiway Data
Monodispersed polymer encapsulated superparamagnetic iron oxide nanoparticles for cell labeling
  • DOI:
    10.1016/j.polymer.2016.08.064
  • 发表时间:
    2016-12-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Duc Nguyen;Pham, Binh T. T.;Hawkett, Brian S.
  • 通讯作者:
    Hawkett, Brian S.

Duc Nguyen的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Duc Nguyen', 18)}}的其他基金

DMS/NIGMS 1: Data-driven Ricci curvatures and spectral graph for machine learning and adaptive virtual screening
DMS/NIGMS 1:用于机器学习和自适应虚拟筛选的数据驱动的 Ricci 曲率和谱图
  • 批准号:
    2245903
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 30.67万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: Integrating Algebraic Topology, Graph Theory, and Multiscale Analysis for Learning Complex and Diverse Datasets
协作研究:集成代数拓扑、图论和多尺度分析来学习复杂多样的数据集
  • 批准号:
    2053284
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 30.67万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: Development of New Prototype Tools, and Adaptation and Implementation of Current Resources for a Course in Numerical Methods
合作研究:新原型工具的开发以及数值方法课程现有资源的改编和实施
  • 批准号:
    0836916
  • 财政年份:
    2009
  • 资助金额:
    $ 30.67万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

高维复杂失效域下飞行器结构可靠性分析的双层自适应学习方法研究
  • 批准号:
    52305150
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于可扩展去蜂窝架构的大规模低时延高可靠通信研究
  • 批准号:
    62371039
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    49 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于类脑模拟的早期精神分裂症一体化可靠诊断方法研究
  • 批准号:
    62302090
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
面向电动汽车快充的高可靠、谐振腔交错易扩容三相单级式隔离AC/DC谐振变换器研究
  • 批准号:
    52307227
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
复杂性调强放射治疗计划在执行过程中的可靠性预判方法及对策
  • 批准号:
    12375341
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    53 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

Development of highly secure and reliable authentication system based on physically unclonable hardware identifier
基于物理不可克隆硬件标识符的高安全可靠认证系统开发
  • 批准号:
    20K19765
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 30.67万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
Progress of nonequilibrium models toward the realization of highly reliable prediction of superorbital velocity flow fields
非平衡模型在实现超轨道速度流场高可靠预测方面取得的进展
  • 批准号:
    19K04842
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 30.67万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Enabling reliable cardiovascular simulations via uncertainty quantification
通过不确定性量化实现可靠的心血管模拟
  • 批准号:
    9030537
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 30.67万
  • 项目类别:
Enabling reliable cardiovascular simulations via uncertainty quantification
通过不确定性量化实现可靠的心血管模拟
  • 批准号:
    9348646
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 30.67万
  • 项目类别:
Enabling reliable cardiovascular simulations via uncertainty quantification
通过不确定性量化实现可靠的心血管模拟
  • 批准号:
    9751081
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 30.67万
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了