[发明专利]一种基于网络最大信息流模型的生物标记物识别系统

说明书

本发明属于生物信息处理技术领域，提供了一种基于网络最大信息流模型的生物标记物识别系统，包括：获取与预设疾病相关的基因表达数据，并构建蛋白质相互作用网络；对所述基因表达数据进行处理，得到靶基因和差异表达基因；基于蛋白质相互作用网络构建特异性蛋白质相互作用网络，选取靶基因到差异表达基因之间的最短通路，并构建关于靶基因的子网络；基于靶基因的子网络建模为电阻网络，利用基尔霍夫电流定律计算每个电阻网络中各节点的信息流分数；比较相同节点在不同电阻网络中的信息流分数，仅保留信息流得分最大的节点在原网络中，最终得到合格模块；对所得合格模块进行逻辑斯蒂模型拟合，得到假设含有某模块而患病的可能性。

技术领域

本发明属于生物信息处理技术领域，尤其涉及一种基于网络最大信息流模型的生物标记物识别系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

在复杂疾病诊断领域，对于某些复杂疾病的精准诊断往往需要准确率高和特异好的分子标记物。然而，当前如果仅用实验的方法得到生物大分子标记物如基因、RNA和蛋白质等，往往需消耗大量的精力、财力和物力，而且实验得到的可能生物分子标记物数目通常也较少，难以获取高质量的分子标记物，对于后续实验也存在较大的障碍。因此通过解析生物组学大数据的方法识别与发现生物标记物，为生物标记物的识别与发现提供了新的方法与策略。

先天性心脏病是造成婴儿死亡的前五大原因之一。多项研究表明，遗传和环境因素均可导致先天性心脏病，因此确定其候选基因和生物标志物一直是先天性心脏病研究的中心课题之一。先天性心脏病谱系非常广泛，具体分型也有上百种，有些患者甚至同时含有多种畸形。最轻者可以终生无病症反应，重者出生即出现缺氧、休克等严重症状。虽然已知先天性心脏病是由胚胎发育过程中心脏发育异常引起的，但其分子机制尚不清楚。目前，已知约有30种不同的基因会导致先天性心脏病。了解基因的分子功能、分子间的相互作用和表达通路有助于我们了解先天性心脏病的发病机制，从而有助于提高该疾病的临床诊断和医学治疗。

基于分子网络的方法是系统分析复杂疾病、识别主要通路、应答模块和候选基因的有力工具。在有关心脏的高通量组学数据方面的研究，之前的工作主要集中于心脏发育和心血管疾病。由于缺乏全基因组表达数据，所以目前还没有针对先天性心脏病的此类研究。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种基于网络最大信息流模型的生物标记物识别系统，其通过利用高通量基因表达数据来阐明局部网络结构在复杂疾病进展中的作用，从而在分子网络中发现可用于疾病诊断的生物标记物。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面提供一种基于网络最大信息流模型的生物标记物识别系统。

一种基于网络最大信息流模型的生物标记物识别系统，包括：

数据获取模块，其被配置为：获取与预设疾病相关的基因表达数据，并构建蛋白质相互作用网络；

基因处理模块，其被配置为：对所述基因表达数据进行处理，得到靶基因和差异表达基因；

网络生成模块，其被配置为：基于蛋白质相互作用网络构建特异性蛋白质相互作用网络，选取靶基因到差异表达基因之间的最短通路，并构建关于靶基因的子网络；

网络建模模块，其被配置为：基于靶基因的子网络建模为电阻网络，利用基尔霍夫电流定律计算每个电阻网络中各节点的信息流分数；

比较筛选模块，其被配置为：比较相同节点在不同电阻网络中的信息流分数，仅保留信息流得分最大的节点在原网络中，从而得到候选模块，再剔除内含节点数少于设定值的模块，最终得到合格模块；

拟合预测模块，其被配置为：对所得合格模块进行逻辑斯蒂模型拟合，得到假设含有某模块而患病的可能性。