Construction of state transition model based on energy landscape

基于能源景观的状态转移模型构建

• 批准号: 21K19813
• 负责人: 中岡 慎治
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K19813/
• 关键词: エネルギーランドスケープ解析; データ駆動型数理モデル; 発症ロードマップ; オミクスデータ; 擬似時間再構成法

本年度はエネルギー地形に基づく状態遷移過程を推定することで、状態遷移過程モデルから発症や細胞分化の進行を推定する手法の開発に取り組んだ。また、ウイルスダイナミクス、発ガン、マイクロバイオームをはじめとする様々な発症過程進行を表すデータに適用可能な新規機械学習手法の開発、ならびに情報・数理解析を実施した。その結果、査読付研究論文を4編発表した。研究論文 [1] では、ヒト免疫不全ウイルス（HIV-1）の2つのタイプを分類し、サイトカインであるIFN-gammaがHIV-1の細胞間感染を抑制することを発見した。また数理解析や理論考察を行うことで、HIV-1が異なる宿主環境に適応するために異なる戦略を選択する可能性について考察した。研究論文 [2] では、進化生物学の着想を取り入れた学習アルゴリズム NEAT-HD と呼ばれる手法を提案した。NEAT-HD は、遺伝的類似性に基づく親選択に焦点をあてて集団の多様性を維持することで、アルゴリズムの性能を低下させることがある環境変動に対して頑強であることを示した。研究論文 [3] では、超音波内視鏡ガイド下細針吸引で得られた最小限の組織からマイクロバイオームデータ (16S rRNA シークエンシングデータ) を取得し、細菌の多様性と組成を計算した。その結果、膵臓がん組織は、胃や十二指腸組織と比較してα多様性が低く、細菌組成も大きく異なることが示された。研究論文 [4] では、発ガン過程を記述した力学系モデルの推定パラメータを用いることで、異なるニロチニブ反応性を持つBCR-ABL1チロシンキナーゼに起因する骨髄増殖性疾患(慢性骨髄性白血病)患者の分類手法を提案した。

This year, the development of methods for estimating the progress of cell differentiation in the process of state transition in the development of the disease is discussed. The development of new mechanical learning methods, information and mathematical analysis can be applied to the development of the disease process. The results of this study were reviewed and published in 4 editions. Research Paper [1]: The discovery of IFN-gamma as an inhibitor of cell-to-cell infection of HIV-1. Mathematical analysis, theoretical investigation, investigation of the possibility of HIV-1 infection in different host environments Research Paper [2]: A Proposal for the Approach to Evolutionary Biology NEAT-HD is similar to the original selection, but the diversity of the collection is maintained. Research Paper [3]: To calculate the diversity of bacteria, the minimum tissue size was obtained by ultrasonic endoscope under fine needle suction. The results showed that the diversity of gastric and duodenal tissues was low, and the bacterial composition was different. Research paper [4] describes the development process of bone marrow and proposes a classification method for patients with bone marrow proliferative diseases (chronic osteoblastic leukemia).

项目成果

Antithetic effect of interferon-α on cell-free and cell-to-cell HIV-1 infection.

干扰素-α对无细胞和细胞对HIV-1感染的反对作用。

• DOI: 10.1371/journal.pcbi.1010053
• 发表时间: 2022-04
• 期刊: PLoS computational biology
• 影响因子: 4.3

数理科学を用いた腸内環境のデザインと保全にむけて

利用数学科学设计和保护肠道环境

• 发表时间: 2022
• 作者: Suzuki Kenta;Abe Masato S.;Kumakura Daiki;Nakaoka Shinji;Fujiwara Fuki;Miyamoto Hirokuni;Nakaguma Teruno;Okada Mashiro;Sakurai Kengo;Shimizu Shohei;Iwata Hiroyoshi;Masuya Hiroshi;Nihei Naoto;Ichihashi Yasunori;中岡 慎治;中岡 慎治
• 通讯作者: 中岡 慎治

Evolving neural networks through bio-inspired parent selection in dynamic environments

• DOI: 10.1016/j.biosystems.2022.104686
• 发表时间: 2022-05
• 期刊: Bio Systems
• 作者: Junya Sunagawa;Ryo Yamaguchi;S. Nakaoka

疑似時間再構成法の腸内細菌叢データへの適用

伪时间重建方法在肠道菌群数据中的应用

• 发表时间: 2022
• 作者: Suzuki Kenta;Abe Masato S.;Kumakura Daiki;Nakaoka Shinji;Fujiwara Fuki;Miyamoto Hirokuni;Nakaguma Teruno;Okada Mashiro;Sakurai Kengo;Shimizu Shohei;Iwata Hiroyoshi;Masuya Hiroshi;Nihei Naoto;Ichihashi Yasunori;中岡 慎治
• 通讯作者: 中岡 慎治

Exploring similarity between embedding dimension of time-series data and flows of an ecological population model

探索时间序列数据嵌入维度与生态种群模型流动之间的相似性

• 发表时间: 2021
• 作者: Suzuki Kenta;Abe Masato S.;Kumakura Daiki;Nakaoka Shinji;Fujiwara Fuki;Miyamoto Hirokuni;Nakaguma Teruno;Okada Mashiro;Sakurai Kengo;Shimizu Shohei;Iwata Hiroyoshi;Masuya Hiroshi;Nihei Naoto;Ichihashi Yasunori;中岡 慎治;中岡 慎治;Daiki Kumakura and Shinji Nakaoka
• 通讯作者: Daiki Kumakura and Shinji Nakaoka