自己適合的進化計算の大規模実問題への応用

自适应进化计算在大规模实际问题中的应用

基本信息

批准号：
09F09264
负责人：
伊庭斉志
金额：
$ 1.02万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

本年の研究では,構築した進化計算手法の有効性を,様々なベンチマーク問題に対して空間/時間計算量を従来の遺伝的プログラミングと比較し,探索能力を解析した.この結果に基づき可能な改良を行った.さらに,バイオインフォマティックスにおける遺伝子ネットワーク推定に絞って,システムの有効性を明らかにした.具体的には,進化論的な計算手法(遺伝的アルゴリズム,遺伝的プログラミング)を応用して,動的な遺伝子・タンパク質ネットワークの推定を試みた.さらに合成生物学における遺伝子回路合成にこの手法を応用することを考案した.その結果,発振回路やbistableスイッチ回路の合成に本手法を応用し,いくつかの興味深い回路を合成することに成功した.得られた回路の頑強性や実現可能性について議論を行い,手法の有効性を確認した.探索の結果得られたネットワークに含まれる遺伝子は比較的少なく,構造としてもシンプルであった.モデル中に含まれる全てのパラメータをランダムに設定して発振確率を調べるモンテカルロ法を用いてネットワークの頑健性を既存の発振器と比較したところ,シンプルな構造にも拘わらずより高い確率で振動することが示された.このことから合成生物学におけるシステムレベルの開発に対し進化計算手法の有用性が期待される.得られたシステムはWWW上での公開を行い,実際にWetの研究者との共同研究などにより貴重な助言を得ることができた.

在今年的研究中，我们将构造的进化计算方法的有效性与空间/时间计算复杂性进行了用于常规遗传编程的各种基准问题的空间/时间计算复杂性，并分析了搜索功能。基于这个结果，我们做出了可能的改进。此外，我们缩小了生物信息学的基因网络估计，以阐明系统的有效性。具体而言，我们将进化计算方法（遗传算法，遗传编程）应用于估计动态基因和蛋白质网络。此外，我们设计了这种方法在合成生物学中综合基因回路的应用。结果，我们将此方法应用于合成振荡器电路和双态开关电路，并引入了几个有趣的电路。合成成功。我们讨论了获得的电路的鲁棒性和可行性，并确认了该方法的有效性。所得网络包含相对较少的基因，结构很简单。当我们使用Monte Carlo方法比较了网络与现有振荡器的鲁棒性时，该方法随机设置了模型中包含的所有参数以检查振荡概率时，我们发现尽管结构很简单，但它表明它们具有更高的概率振荡。这就是为什么预期进化计算方法对合成生物学的系统级发展有用的原因。获得的系统发表在www上，实际上，通过与Wet的研究人员合作获得了宝贵的建议。