基于小样本数据的高维生物系统重构理论及算法与应用

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    91230204
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    300.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0504.微分方程数值解
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2016-12-31

项目摘要

Mathematical modeling based on biological and medical data is an important step forwards revealing life phenomena and understanding human complex diseases while the related research has become an international frontier. However, how to mine disciplinary knowledge from high-through data with small samples and how to integrate it into the complete information on systems of interest need to solve such issues as system reconstruction and computational modeling. Our preliminary results indicate that rather than being a drawback, high dimensional data with small samples may provide a global view with rich information on the system of interest and also reflect insight on the accumulated effects of long time dynamics. We will focus on theory, method and algorithm for reconstruction of high-dimensional systems based on nonlinear noisy data with small samples, including building and inference, computational modeling and algorithms, analysis and elucidation of the mechanisms of dynamic molecular networks. Furthermore, we will use the theoretical methods and results to study the nature progression of COPD and the novel recovery process after bypass surgery, including building the related dynamical molecular networks, studying dynamical properties of the related mathematical models, describing the mechanism of regulation and control of the networks, and establishing dynamic network marks. We believe that our theoretical and application research will be able to lay theoretical foundation and provide methodology for interpreting complex life phenomena and understanding the pathogenesis of complex diseases based on experimental data with small samples.
基于生物、医学数据建立数学模型是揭示生命现象以及理解人类复杂疾病机理的重要一步,相关研究已成为国际研究热点。然而,如何从小样本高通量数据中挖掘出有规律性的知识,并整合这些知识形成对系统的整体认识,需要解决诸如系统重构与可计算建模等问题。我们在前期研究中发现,小样本高维数据并不是缺陷,而是可以对有关系统提供全局有用的信息,并能反映出系统长时间动力行为的积累效果。本项目将研究基于小样本、非线性、噪声数据的高维动力系统重构理论、方法与算法,包括相应动态分子网络的构建与推断、可计算模型与算法、运行机制分析与阐明等,并应用理论方法与结果构建慢性阻塞性肺病状态(正常,COPD,治疗后)转化过程的动态分子调控网络,研究有关数学模型的动力学性质和有关网络的调节控制机理,确立动态网络标记物等。本项目的理论与应用研究将为基于小样本实验数据解释复杂生命现象和探索复杂疾病机理奠定理论基础并提供方法论。

结项摘要

基于生物、医学数据建立数学模型是揭示生命现象以及理解人类复杂疾病机理的重要一步,相关研究已成为国际研究热点。然而,如何从小样本高通量数据中挖掘出有规律性的知识,并整合这些知识形成对系统的整体认识,需要解决诸如系统重构与可计算建模等问题。我们发展和建立起一种基于实验或测量数据预测新数据的理论或方法,能够方便于生物/疾病系统或网络的重构;建立起生化反应网络的数学建模与理论分析的二项矩方法,解决了广泛使用的矩封闭方法的收敛性问题;我们建立的理论与方法,甚至能为基于正常状态和疾病状态的小样本数据,寻找和发现复杂疾病早期诊断准确和可靠的、疾病特定性的生物标志物,并预测动态药物的敏感性和耐药性。

项目成果

期刊论文数量(26)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
New biomarkers and therapeutics can be discovered during COPD-lung cancer transition
在慢性阻塞性肺病-肺癌转变过程中可以发现新的生物标志物和治疗方法
  • DOI:
    10.1007/s10565-016-9350-0
  • 发表时间:
    2016-10-01
  • 期刊:
    CELL BIOLOGY AND TOXICOLOGY
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Wang, Xiangdong
  • 通讯作者:
    Wang, Xiangdong
The dynamic mechanism of noisy signal decoding in gene regulation.
基因调控中噪声信号解码的动态机制
  • DOI:
    10.1038/srep42128
  • 发表时间:
    2017-02-08
  • 期刊:
    Scientific reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Liu P;Wang H;Huang L;Zhou T
  • 通讯作者:
    Zhou T
Global analyses of Chromosome 17 and 18 genes of lung telocytes compared with mesenchymal stem cells, fibroblasts, alveolar type II cells, airway epithelial cells, and lymphocytes.
与间充质干细胞、成纤维细胞、肺泡 II 型细胞、气道上皮细胞和淋巴细胞相比,肺远程细胞 17 号和 18 号染色体基因的整体分析
  • DOI:
    10.1186/s13062-015-0042-0
  • 发表时间:
    2015-03-11
  • 期刊:
    Biology direct
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
    Wang J;Ye L;Jin M;Wang X
  • 通讯作者:
    Wang X
Global comparison of chromosome X genes of pulmonary telocytes with mesenchymal stem cells, fibroblasts, alveolar type II cells, airway epithelial cells, and lymphocytes.
肺特细胞与间充质干细胞、成纤维细胞、肺泡II型细胞、气道上皮细胞和淋巴细胞的X染色体基因的整体比较
  • DOI:
    10.1186/s12967-015-0669-8
  • 发表时间:
    2015-09-28
  • 期刊:
    Journal of translational medicine
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Zhu Y;Zheng M;Song D;Ye L;Wang X
  • 通讯作者:
    Wang X
Promoter architecture-mediated transcriptional dynamics
启动子结构介导的转录动力学
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Biophysical Journal
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Jiajun Zhang;Tianshou Zhou
  • 通讯作者:
    Tianshou Zhou

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其他文献

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  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    周天寿
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  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    周天寿
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    --
  • 作者:
    杨喜艳;周天寿
  • 通讯作者:
    周天寿
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  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    江西师范大学学报(自然科学版)
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    --
  • 作者:
    周天寿
  • 通讯作者:
    周天寿
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  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    中国科学(A辑)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    仇华海;周天寿
  • 通讯作者:
    周天寿

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单细胞测序数据分析的理论和算法
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    30973980
  • 批准年份:
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    面上项目
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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