Geri Dön

Operations research approaches for protein structure prediction in lattice models

Kafes model yapısındaki protein yapı tahmini problemini yöneylem araştırma bakış açısıyla ele alma

  1. Tez No: 435849
  2. Yazar: SEYED MOJTABA HOSSEINI
  3. Danışmanlar: PROF. DR. CEYDA OĞUZ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği, Industrial and Industrial Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2016
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Koç Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Yöneylem Araştırması Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 164

Özet

Bu çalışmada, enerji fonksiyonunun en aza indirgenerek, bir proteinin doğal yapısının, o proteinin amino asit dizilimi kullanılarak tahmin edilmesinden oluşan Protein Yapı Tahmini (PYT) problemi kafes model yapısında yöneylem araştırma bakış açısıyla ele alınmaktadır. Bu problem tıp, moleküler biyoloji, biyokimya ve biyofizik gibi bilim dalları için hayati önem taşımaktadır ve kafes model yapısına indirgendiğinde bile NP-Zor olup hesaplama açısından oldukça zorlayıcıdır. Bu tezde, kafes model yapısındaki PYT problemi için çeşitli geçerli eşitsizlikler ve iki farklı simetri kırma yöntemiyle geliştirilen karışık tamsayılı doğrusal programlama (KTDP) modelleriyle birlikte, üç üstsezgisel algoritma sunulmuş ve bunların başarımları hesaplamalı deneylerle ölçülerek değerlendirilmiştir. Kübik ve kare kafes yapılarındaki hidrofobik-polar (HP) model, bu çalışmanın odak noktasını oluştururken, diğer karmaşık PYT modelleri için, bu tezde sunulan eniyileme yöntemlerinin daha kapsamlı halleri önerilerek, HP model ile ilgili bazı konular irdelenmiştir. Önerilen KTDP modelleri, hem en iyi tamsayı çözümü bulmada, hem de bu modellerin doğrusal programlama (DP) gevşetmeleri için sıkı sınırlar bulmada, çalışma zamanı açısından, bilinen modellerden daha iyi sonuç vermiştir. Ayrıca, sunulan üstsezgisel algoritmaların, kıyaslama örneklerinin büyük bir kısmı için en iyi çözümleri bulabildiği gösterilmiştir. Daha sonra, üstsezgisel algoritmalardan elde edilen çözümler, matematiksel modeller için başlangıç çözümleri olarak kullanılmış; problemin özelliklerine göre, olurlu bölgeyi kısıtlamada bir yol olarak gösterilmiştir. Üstsezgisel algoritmalarla bütünleştirilerek sunulan matematiksel modeller, kare ve kübik kafes yapıdaki HP modeller için geliştirilen diğer matematiksel modellerden önemli ölçüde daha iyi sonuçlar vermiştir. Son olarak, diğer PYT modellerinin, sunulan eniyileme yöntemleri üzerindeki etkileri değerlendirilmiştir. Ayrıca, hesaplamalı sonuçlar sunulan yöntemlerin dayanıklılığını kanıtlamıştır.

Özet (Çeviri)

Protein structure prediction (PSP) consists of predicting the native structure of a protein from its sequence of amino acids by minimizing an energy function. The problem is of vital importance in medical science, molecular biology, biochemistry, and biophysics. PSP being NP-hard, even when abstracted to lattice models, is computationally challenging. In this study, we develop several mixed integer linear programming (MILP) models for PSP problem under lattices, along with variety of valid inequalities, and two symmetry breaking techniques. We then propose three metaheuristic algorithms. While the focus of our study is on the hydrophobic-polar (HP) model under cubic and square lattices, next, we address some of the drawbacks of the HP model, by proposing extensions of our optimization methods to other more sophisticated PSP models. Finally, we evaluate the performance of these optimization methods with computational experiments. We demonstrate that our MILP models outperform the state of the art models both in terms of running times in finding the optimal integer solutions, and in finding tight bounds on the objective value provided by linear programming (LP) relaxations of the models. We also show that the metaheuristic algorithms are able to find the optimal solutions for many benchmark instances. We then use the solution provided by these metaheuristic algorithms as initial solutions for the MILP models, and for constraining the feasible region. Integrated methods outperform significantly the state of the art models proposed for HP model in lattices. Finally, the computational results establish the robustness of our extended methods.

Benzer Tezler

  1. Accelerating molecular docking using machine learning methods

    Kenetleme hesaplarının makine öğrenme metotları ile hızlandırılması

    ABDULSALAM YAZID BANDE

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik Üniversitesi

    Bilgisayar Bilimleri Ana Bilim Dalı

    Assist. Prof. Dr. SEFER BADAY

  2. Biomimetic approaches for the fabrication of hollow fiber nanofiltration membranes

    Biyomimetik yaklaşımlarla içi boşluklu nanofiltrasyon membran üretimi

    REYHAN ŞENGÜR TAŞDEMİR

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Biyokimyaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İSMAİL KOYUNCU

  3. A scatter search approach for protein folding problem in 2-d HP-model

    İki boyutlu HP-model'inde protein katlanma problemine dağınık arama yaklaşımı

    SİBEL BİLGE SONUÇ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2008

    Endüstri ve Endüstri MühendisliğiKoç Üniversitesi

    Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ.DR. CEYDA OĞUZ

  4. Heuristic algorithms for solving chemical shift assignment problem in protein structure determination

    Sezgisel algoritmalar ile protein yapı belirlemesindeki kimyasal kayma atama probleminin çözümü

    EMEL MADEN YILMAZ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik Üniversitesi

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AYŞE ŞİMA UYAR

    PROF. DR. PETER GÜNTERT

  5. Applications of bacterial quorum quenching with Rhodococcus sp. BH4 for effective biofouling control in MBR

    Membran biyoreaktörlerde membran biyotıkanmasını engellemek amacıyla Rhodococcus sp. BH4 ile bakteriyel quorum quenching uygulamaları

    BÖRTE KÖSE MUTLU

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İSMAİL KOYUNCU

    PROF. DR. CHUNG-HAK LEE