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生物體中的蛋白質組逆問題的貝葉斯解是什麼?主要作用是什麼? 生物體中的細胞根據其臨床狀态(例如健康/病理)釋放不同數量的

作者:知史通今

生物體中的蛋白質組逆問題的貝葉斯解是什麼?主要作用是什麼?

生物體中的細胞根據其臨床狀态(例如健康/病理)釋放不同數量的蛋白質。由此産生的蛋白質組學概況可用于早期檢測、診斷和治療計劃。

生物體的細胞會根據其臨床狀态(例如,由基因改造或功能障礙引起的正常/瘋狂、藥物的有效性/無效性)釋放不同數量的蛋白質。在蛋白質組學中,分析活檢樣本中的生物體液(例如血液或尿液)中的分泌蛋白或細胞蛋白質組。由此産生的蛋白質組學概況,即收集到的有關蛋白質濃度的資訊,可用于診斷、早期檢測、治療計劃和随訪、藥物開發等。

由于被稱為生物标志物的鑒别蛋白的濃度小且可變,蛋白質組學譜的重建仍然是一個挑戰,生物标志物存在于大量蛋白質中,豐度比高達100000000,是以需要有效識别分子圖譜上的生物标志物

在樣品制備和儀器(如液相色譜法(LC)和質譜法(MS))中使用級聯步驟引入了幾個可變性來源:用移液器手動從試管中提取血清;胰蛋白酶消化是一個具有随機行為的動力學過程;資料采集受到電噪聲的幹擾,僅舉三個來源。是以,構成所擷取資料的峰狀形狀在每個實驗中都不同,例如,在形式和位置上。

盡管LC-MS串聯的可變性,它仍然是蛋白質組學中最常用的技術,可靠的診斷必須有效地整合可變性,并且對其具有穩健性,無論是技術性質還是生物學性質。

重建任務已認證多種方法解決:非參數方法,例如峰下面積、PLS、N-PLS、PARAFAC和其中的參考文獻、MRCQuant、MZmine、VIPER,基于确定性最小二乘拟合或其他統計估計的參數方法,例如使用貝葉斯推理。重建的配置檔案可用于比較不同狀态的差異分析。它們還可以用于已顯示特異性和敏感性的診斷,特别是在形态學症狀爆發之前的早期疾病檢測。

分類制定為逆問題的解決方案,任務是有效和穩健地反轉分析工作流程,以便盡可能正确地檢索有關蛋白質的資訊。通過輸出資料間接觀察工作流程輸入處的未知臨床狀态(類别)。

反轉底層實體模型将提供對該類的估計,貝葉斯統計很好地适應了這一困難,因為可變性的工具和生物來源是通過機率分布模組化的,将知識和信念轉化為過程。此外,未知變量在貝葉斯意義上是最佳自校準的。

将分類資料與每個類别的代表資料相對于所考慮的特征進行比較,并通過最小化特征空間中的距離函數來做出決定。通過這樣做,最終結果,即資料的特征,被用作每個類的特征參數。

估計與分類資料相關的蛋白質濃度,然後根據訓練集中的估計值進行回歸,請注意,可以通過傳回濃度估計值的任何方法或估計函數來執行估計。這可能包括通過反演的量化步驟,這導緻在參數空間中工作,或者——就像在蛋白質組學的最新水準一樣——通過幾個連續的估計(噪聲過濾,然後是峰識别,然後是肽識别,在這個肽量化之後,等等)。

一樣——通過幾個連續的估計(噪聲過濾,然後是峰識别,然後是肽識别,在這個肽量化之後,等等),後者會導緻在某些情況下可能非常重要的資訊丢失:分類是在中間估計的序列上進行的,遺漏了層次結構級别之間可能的可變性和相關性來源。

“順序方法”不限于邏輯回歸,因為它也用于分類,例如蛋白質組學、化學超标測試、損壞信号的分類;劃分方法,例如模糊C-means可以很容易地适應整合順序分類。

估計是通過前向資料模型的反演來完成的,解釋了從原因(輸入,參數,這裡:臨床狀态)到儀器(生物學,技術生物學,技術參數)的結果(輸出,資料,此處:SRM光譜)。在其他幾個可能的選擇中,提出了一個用于估計過程的貝葉斯架構,它允許通過機率密度整合多個可變性來源,并允許給定機率模型的最優解。

由于多個參數構成了模型,貝葉斯架構将有助于分離和量化每個參數的不确定性,可以成功利用類、參數和資料之間的層次結構,因為貝葉斯理論特别适用于此:雖然每個單獨的元件都增加了資料模型的複雜性,但不考慮它們會禁止利用它們的資訊授予。是以,全球提出了問題的最優解,而不是連續的順序估計。

逆向問題是關于根據結果評估原因,即在已知輸出的情況下重建輸入,為了找到最佳解決方案,所提出的方法考慮了各種資訊來源:實體正演模型和資料,以及關于參數及其不确定性的先驗知識。

融合這些來源依賴于貝葉斯推理,其中每個起作用的量都被賦予一個機率,并導緻的所有變量的聯合機率密度。如果能夠在任一任務中對聯合後驗分布進行采樣,則通過僅保留感興趣變量的樣本來完成邊緣化。

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