太空舱内微生物种群结构及功能分析相关计算方法
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:91430111
- 项目类别:重大研究计划
- 资助金额:70.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:F0213.生物信息计算与数字健康
- 结题年份:2017
- 批准年份:2014
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2015-01-01 至2017-12-31
- 项目参与者:谢琼; 薛小平; 辛冰牧; 刘飞; 闫效莺; 刘恋; 卫泽刚; 樊校楠; 张松瑶;
- 关键词:
项目摘要
Microbes play a key role in maintaining life on earth, fixing gases and bringing the cycling of nutrients and compounds, both essential for the survival of all organisms. Without microbes, we couldn't eat or breathe. Facing high-throughput microbial gene sequence data generated by the next-generation sequencing (NGS), current methods and tools have a great neck-bottle for collecting, restoring and dealing with these microbial data. There is urgent need to develop novel theory and computational methods for analyzing these data, which will not only expand our understanding on microbial diversity, structure and function of microbial population, bacterial population distribution and their evolution in spacecraft, but also provide the technical support for keeping the astronaut health in a good condition and establishing the astronaut-spacecraft safeguard system. However, the microbial diversity, function and structure of microbial population in spacecraft are still poorly understood, historically due to most researchers adopted the cultivate technologies which just provide access to only a very small fraction of the microbial diversity and more than 99% of naturally occurring microbes are considered ‘unculturable’ on standard culture media. Even if a few researchers employed uncultured technology (e.g. matagenomic), they just used simply statistical approaches to analyze the microbial data, which provide limited information for our understanding microbial diversity and function. This project will address important computational challenges in analyzing microbial sequence data from the space vehicle simulator or spacecraft. According to national major strategic needs of manned space flight, we will collect the environment samples from space vehicle simulator or spacecraft at different time slot, generate microbial sequence data with NGS technology, develop effective microbial operational taxonomic unit (OTU) clustering algorithms, universal metagenomic gene prediction algorithms, more robust methods of metabolic pathway (or network) reconstruction with probability measure and metabolic network alignment algorithms for more samples. All above algorithms and methods developed can help to find the microbial diversity, population structure, function and evolution information in space vehicle simulator or spacecraft. In the end, we will develop and build software and pipelines to analyze the microbial sequence data from the space vehicle simulator and spacecraft, which will provide the technical reserves for our national deep space exploration in future.
微生物与人类生活密切相关,面对宏基因组学产生的海量微生物基因序列数据,现有信息收集、贮存、分析方法及工具远不能满足研究需求。发展新的理论和计算方法具有重要意义,不仅有助于了解太空密封环境内微生物群落结构、功能、菌群分布及演变规律,且有助于保障与改善航天员健康,建立人-机环境系统安全综合保障体系。当前太空舱及空间站等特定密闭环境内微生物研究大多基于微生物纯培养技术,且数据分析多采用简单的统计学方法,获得的信息量非常有限。鉴于此,本项目以国家载人航天重大战略需求为牵引,采用二代测序技术对太空模拟舱/太空舱内的微生物测序,研究有效的微生物操作分类单元(OTU)聚类算法、普适的宏基因组基因预测算法、高精度代谢途径/网络重构及比对算法,从海量的微生物序列数据中发现太空密封环境内微生物种群结构、功能、菌群分布及演变规律,并构建微生物种群结构、功能及菌群演化分析平台,为国家未来的深空探测提供技术储备。
结项摘要
微生物与人类生活密切相关,面对宏基因组学产生的海量微生物基因序列数据,现有信息收集、贮存、分析方法及工具远不能满足研究需求。发展新的理论和计算方法具有重要意义,不仅有助于了解太空密封环境内微生物群落结构、功能、菌群分布及演变规律,且有助于保障与改善航天员健康,建立人-机环境系统安全综合保障体系。本项目从密封环境下的微生物16S rRNA序列出发,严格按照项目计划书要求开展研究,并在RNA甲基化、复杂网络可控性及药物-靶点等方面也开展了研究工作,主要取得了以下研究成果:1、分别采集33天、180天密封环境下的人体部位、仪器表面及空气微生物样本,然后进行16S rRNA测序;基于这些16S rRNA序列,分析了密封环境中的微生物物种组成及其多样性。2、针对目前启发式OTU聚类算法对种子序列选取敏感、且不考虑测序误差问题,先后提出基于DB图的16S rRNA 序列启发式OTU聚类算法(DBH)和基于稠密子团与模块度挖掘的OTU聚类算法(DMclust),有效揭示微生物的物种多样性。3、针对目前代谢通量预测算法的基因表达阈值选取影响算法通用性问题,提出一种基于代谢通量最小化和Huber惩罚函数的通用代谢通量预测算法(HPCOF),并用于构建人类组织代谢网络。4、针对目前基因调控网络构建算法时间复杂度大、假阳性边较多问题,先后提出基于KNN局部贝叶斯模型的基因调控网络构建算法(LBN)和基于有序条件互信息与有限父结点的基因调控网络构建算法(OCMIPN),高精度、快速构建大规模基因调控网络。5、基于深度学习,分别提出宏基因组基因预测算法(Meta-MFDL)和长非编码RNA预测算法(lncRNA-MFDL),高精度预测宏基因片段序列及长非编码RNA序列。6、提出m6A-Driver驱动基因识别算法及CTC网络目标控制策略,有效识别m6A甲基化驱动基因及关键驱动基因集合。7、提出一种通用网络社团检测算法(CDMIC),有效检测无权/加权网络、无向/有向网络及符号网路社团结构。8、提出FET-HMM、DRME、QNB差异甲基化检测算法,小尺度、小样本下高精度分析RNA差异甲基化状态,发现共甲基化模式。9、提出NMCOM、AFMFSC致病基因预测算法,成功预测前列腺、肺癌潜在风险致病基因。10、提出药物-靶点作用预测算法,高精度为药物筛选靶点。
项目成果
期刊论文数量(30)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
A novel algorithm for finding optimal driver nodes to target control complex networks and its applications for drug targets identification.
一种寻找目标控制复杂网络最佳驱动节点的新算法及其在药物靶标识别中的应用
- DOI:10.1186/s12864-017-4332-z
- 发表时间:2018-01-19
- 期刊:BMC genomics
- 影响因子:4.4
- 作者:Guo WF;Zhang SW;Shi QQ;Zhang CM;Zeng T;Chen L
- 通讯作者:Chen L
Spatially Enhanced Differential RNA Methylation Analysis from Affinity-Based Sequencing Data with Hidden Markov Model.
使用隐马尔可夫模型从基于亲和力的测序数据进行空间增强的差异 RNA 甲基化分析
- DOI:10.1155/2015/852070
- 发表时间:2015
- 期刊:BioMed research international
- 影响因子:--
- 作者:Zhang YC;Zhang SW;Liu L;Liu H;Zhang L;Cui X;Huang Y;Meng J
- 通讯作者:Meng J
QNB: differential RNA methylation analysis for count-based mall-sample sequencing data with a quad-negative binomial model
QNB:使用四阴性二项式模型对基于计数的小样本测序数据进行差异 RNA 甲基化分析
- DOI:--
- 发表时间:2017
- 期刊:BMC Bioinformatics
- 影响因子:3
- 作者:Lian Liu;Shao-Wu Zhang;Yufei Huang;Jia Meng
- 通讯作者:Jia Meng
Prediction of drug-target interaction by label propagation with mutual interaction informationderived from heterogeneous network
通过标签传播与来自异构网络的相互相互作用信息来预测药物-靶点相互作用
- DOI:10.1039/c5mb00615e
- 发表时间:2016
- 期刊:Molecular Biosystems
- 影响因子:--
- 作者:Xaio-Ying Yan;Shao-Wu Zhang;Song-Yao Zhang
- 通讯作者:Song-Yao Zhang
DRME: Count-based differential RNA methylation analysis at small sample size scenario
DRME:小样本量情况下基于计数的差异 RNA 甲基化分析
- DOI:10.1016/j.ab.2016.01.014
- 发表时间:2016-04-15
- 期刊:ANALYTICAL BIOCHEMISTRY
- 影响因子:2.9
- 作者:Liu, Lian;Zhang, Shao-Wu;Meng, Jia
- 通讯作者:Meng, Jia
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其他文献
基于两阶段注意力机制的立场检测方法
- DOI:10.16088/j.issn.1001-6600.2019.01.005
- 发表时间:2019
- 期刊:广西师范大学学报(自然科学版)
- 影响因子:--
- 作者:岳天驰;张绍武;杨亮;林鸿飞;于凯
- 通讯作者:于凯
网络用户行为信用评估方法研究
- DOI:10.11871/j.issn.1674-9480.2015.04.010
- 发表时间:2015
- 期刊:科研信息化技术与应用
- 影响因子:--
- 作者:张绍武;马建伟
- 通讯作者:马建伟
冲突再分配 DSmT 及解决证据间矛盾的新方法
- DOI:--
- 发表时间:--
- 期刊:控制与决策
- 影响因子:--
- 作者:梁彦;程咏梅;潘泉;张绍武;曲圣杰
- 通讯作者:曲圣杰
基于语境歧义词的句子情感倾向性分析
- DOI:--
- 发表时间:--
- 期刊:中文信息学报
- 影响因子:--
- 作者:宋艳雪;张绍武;林鸿飞
- 通讯作者:林鸿飞
邻域种子的启发式454序列聚类方法?
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- 发表时间:2014
- 期刊:软件学报
- 影响因子:--
- 作者:陈伟;程咏梅;张绍武;潘泉
- 通讯作者:潘泉
其他文献
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