激酶与磷酸酶交互网络的中枢

蛋白激酶与磷酸酶是细胞信号转导途径中的最重要元素,最近出版了酵母的全局蛋白激酶与磷酸酶交互(KPI)网络。由于缺乏详尽的热力学参数,拓扑的(或结构的)分析方法被用于研究该网络,例如,度中心化指标被用于识别该网络中央的蛋白。但是,对真实世界的网络模型使用单一的中心化指标明显不合理,需要组合多种指标综合考虑。本文首先比较了14种不同的中心化指标,然后将它们应用于蛋白激酶与磷酸酶交互网络,最后确定了该网络的10个中央的蛋白并讨论了它们的生物学意义。     

基于主成分分析的代谢网络中心化

中心化分析有助于识别复杂网络中的重要节点,已经被广泛应用于代谢网络研究中。当前,人们已经提出了多种中心化指标,然而如何合理地综合使用它们是一个严峻的挑战。本文使用主成分分析来整合多种中心化方法。首先简单介绍了主成分分析的基本概念及其原理等,随后构造了人类代谢网络的巨强连通成分,并使用10种中心化指标计算了该模型中各代谢物的中心化值作为样本进行主成分分析。最后,我们以第一主成分为例,论证了主成分分析可以合理地整合多种中心化方法用于代谢网络研究。     

边相似性聚类分析及其在生物网络功能模块识别中的应用

生物网络的功能模块识别有助于理解网络的结构和功能关系,有助于发现网络中的隐藏规律以及预测网络的行为等,是当前生物网络研究方面的一个重要研究主题。然而,当前的功能模块识别方法大多依赖于对网络中的节点进行聚类分析,其主要缺陷在于:每个节点只能属于某一个模块,而生物网络中的节点很难划分到某个独立的模块中。本文介绍了新近发展的基于边相似性的聚类方法,通过2个具体的生物网络功能模块识别实例,考察了这种新兴的方法在生物网络研究中的应用,结果表明了该方法的高效性。     

代谢网络结构与功能的复杂网络分析

细胞的新陈代谢过程可以抽象地描述成交互的复杂网络,越来越多的证据表明这种描述和分析有助于理解代谢网络的结构和功能.本文首先对高质量金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)代谢网络数据进行整理,构建了该网络中的所有代谢反应列表.随后用代谢物图(即节点表示代谢物,连线表示代谢反应)来表示这些反应,形成的...     

基因组尺度代谢网络比较分析

新陈代谢在细胞的生命活动过程中发挥着至关重要的作用。代谢网络的重建、分析以及其应用等方面的研究在代谢工程上受到了广泛的关注,已取得了良好的理论与实践经济效益。然而,这些研究大多是以某一独立的生物体为载体完成的。本文比较地分析了人类与鱼类的基因组尺度代谢网络模型,进而构造了一个人类与鱼类的公共代谢网络模型,文章主要研究了该网络模型的拓扑结构特征,确认了它们的"小世界","无标度","自相似"等重要复杂网络特性。此外,文章也考察了该网络模型的一些生物学意义,为全面揭示二者代谢交流研究奠定了基础。     

极端嗜盐古菌代谢网络研究

极端嗜盐古菌(extreInely thermophilic archaea)属于广域古菌界盐杆菌科,是古菌域中的典型生理类群,也是重要的极端微生物资源。文章主要对一种极端嗜盐古菌——盐沼盐杆菌(Halobacterium salinarum R1)——代谢网络的结构与功能进行了分析。对高质量盐沼盐杆菌代谢网络数据进行整理,构建了其中所有的代谢反应列表,并用代谢物图来表示。分析了该网络的功能模块和关键节点,并讨论了它们的生物学功能意义。     

用约束法研究大肠杆菌代谢网络的核心模型

随着可用的基因组水平代谢网络越来越多,计算方法在这些网络的分析中越来越重要.约束建模法只需少量参数即可建立模型,备受代谢网络分析的重视.本文借助COBRA工具箱,采用约束建模法对1个含137个基因,72个代谢物和95个代谢反应的大肠杆菌代谢网络核心模型进行分析,主要包括:计算其最优生长率,模拟动态生长情况,并做鲁棒性、基因删除、通量可变性以及统一随机取样等有关约束的分析.本研究提供了对大肠杆菌代谢网络核心模型进行约束建模分析的1个框架.     

Petri网在代谢网络模块化分析中的应用

代谢网络的模块化分析有助于理解网络的结构和功能。然而;当前众多的模块化分析方法大多将代谢网络考虑为普通的复杂网络;所得模块的生物学意义较低。对枯草芽孢杆菌的核黄素代谢进行Petri网建模分析;研究结果表明:Petri网的T不变量可用于识别代谢网络中的功能模块;具备较好的生物学意义。
     

边缘网络中去中心化的内容扩散系统设计

网络边缘的终端设备构建的边缘覆盖网络是距离用户最近的网络。作为骨干网络的补充,边缘网络中的终端设备有高度的自治性,并且拥有大量空闲的资源。如何利用边缘网络的特性来缓解骨干网络在用户请求高峰期的负载压力具有重要的研究意义。为边缘网络设计一种去中心化的内容扩散系统,通过边缘设备之间的通信将热门内容的副本自适应地扩散到每个边缘设备的邻域内。通过仿真实验可知,去中心化的扩散算法可以实现快速的内容扩散。同时,边缘设备在扩散过程中会均衡邻居设备间的存储负载。内容扩散系统极大地改善了边缘网络中的用户访问效率。针对已完成扩散的内容的请求,用户以约98.1%的概率直接在边缘网络中的一跳邻域内获取高效的内容服务。     

代谢网络结构与功能的Petri网分析

发展基因组尺度代谢网络模型的模拟和分析方法有助于学习这些网络的结构与功能关系,是当前计算系统生物学领域的一个重要研究主题。由于具备严格的数学描述,直观的图形表达,外加存在众多的算法和工具,Petri网可能成为代谢网络模拟和分析的有力工具。应用位置/变迁网来分析代谢网络的结构与功能特征,首先建立了巴斯德毕赤酵母代谢的Petri网模型,随后计算了该模型中的P、T不变量,并讨论了它们的生物学意义。     

代谢网络的全局结构特征和反应中心性(英文)

图(或复杂网络)是大规模代谢网络研究的重要工具。传统上,主要使用代谢物图研究代谢网络,特别是人类的代谢网络。本文则使用反应图来研究人类的代谢网络,即:如果反应x的某个代谢产物是反应Y的某个代谢底物,则将反应x链接到反应Y。首先,从公开发表的文献获取了人类的反应网络,它包含了1099个节点和5208个弧。然后,根据"蝴蝶结"的结构分解方法,提取了人类的反应网络巨强组成部分,它包含了682个节点和4119弧。此外,研究了人类代谢网络反应图巨强组成部分的全局结构特性,结果表明它是一个"小世界","无尺度"和"自相似"网络。最后,依据10种不同的中心化分析方法(度,偏心率,紧密度,发散性,质心值,最短路径介数,.Katz状态,交易,网页排名和HITS中心),我们将另一研究重心放在了人类代谢网络反应图巨强组成部分的反应中心性分析方面,并确定了前15个关键反应(R00351b,R00256a,R00220a,R00253a,R00352b,R01177b,R00181a,R00344a,R00355b,R00485b,R03778b,R03858b,R03991b,R04742b和.R04747b)。     

基于复杂网络理论的产甲烷常温菌和嗜热菌的代谢网络的拓扑与模块化的研究

近几年,复杂网络的研究正成为广泛关注的热点,代谢网络是复杂网络的一个例子。本文以产甲烷的常温古细菌Methanosarcina acetivorans(M.acetivorans)和嗜热古细菌Methanopyrus kandleri(M.kandleri)的代谢网络为对象,从拓扑参数以及模块化两方面进行比较研究。结果表明:M.acetivorans与M.kandleri的代谢网络均具有较高的模块化结构。同时发现它们模块化后的代谢网络中的Hub模块均属于氨基酸代谢和碳水化合物代谢,表明这些网络模块均具有一定的功能意义。最后将Hub模块与最紧密的k-核心网络相比较,发现它们节点完全相同,此结果表明代谢网络的最紧密k-核心网络部分也是不同网络比较的重要因素。     

基于边过滤的代谢网络社团结构分析

社团结构分析有助于理解新陈代谢网络的结构和功能关系,是新陈代谢网络研究领域的一个重要研究主题。然而,直接将复杂网络方法应用到新陈代谢网络中时,很难得到具有实际生物学意义的社团。本文首先构建了高质量人类代谢网络模型的巨强连通体,然后采用一种基于边过滤的技术研究了该巨强连通体,得到的8个主要社团均具备较好的生物学意义。研究结果表明:基于边过滤的技术可用于识别新陈代谢网络中的社团。     

Existence criteria of periodic oscillations in cyclic gene regulatory networks

In this paper, we consider the existence conditions of periodic oscillations in large-scale cyclic gene regulatory networks. Using the Poincaré–Bendixson theorem for cyclic systems, we first show that the local instability of an equilibrium point implies the existence of periodic oscillations. We then derive the graphical and its equivalent analytic criteria for the existence of periodic oscillations based on local instability analysis. These criteria have a remarkable feature that they can be applied systematically to a large-scale cyclic gene regulatory network consisting of any number of genes. The latter part of this paper is devoted to analyze the relation between an equilibrium point and the biochemical parameters. This leads to an analytic existence criterion that explicitly takes the dependence of the equilibrium state on biochemical parameters into account, which is often overlooked in nonlinear system analyses. In particular, the novel physical quantities that are essential for determining the existence of periodic oscillations are obtained based on the rigorous analytic criterion.     

模拟退火算法在生物网络研究中的应用

生物网络的功能模块识别是当前生物信息学和系统生物研究领域的一个重要研究主题。首先介绍了模拟退火算法的基本原理,分析了聚集系数和模块性等与生物网络功能模块识别相关的一些基本概念,随后阐述了模拟退火算法在生物网络功能模块识别方面的应用。最后,通过新陈代谢网络和蛋白交互网络这2种具体生物网络的模块划分实例,证实了模拟退火算法在生物网络功能模块研究方面的高效性。     

Enterprise networks: The re-engineering of complex software systems

Today technology design can no longer be understood as a design process on a green site. Design and implementation of new technology are always dependent on existing technology and the way it is used by people. In this respect Software-Engineering has also changed to the characteristics of normal technology design taking into account existing computer systems. Experiences show that the conditions and needs of such Software-Reengineering projects are highly complex and differ in their special characteristics ranging from aspects of quality of existing system documentation to organizational structures of the computer departments concerned. The Task-Artifact Cycle presented here gives a suitable reengineering approach emphasizing both analysis and design in Software-Reengineering.