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时间序列数据分析的部分综述

时间系列研究的是gene表达的动态行为。鉴定静态实验的差异表达gene已经做了很多的工作。但是因为gene表达是动态的调控过程,所以鉴定并且找出gene表达随时间的表达变化也非常重要。这篇文章,我们呈现一个总体的统计学方法,来鉴定随时间变化的差异表达gene。 对于数据系列的微阵列数据,有几种聚类方法应用的很好,包括有等级聚类,基于主成份分析的聚类,基于贝叶斯模型的聚类,kmeans聚类曲线。但是,这些聚类方法中没有一种可以直接应用于鉴定那些随时间变化的有统计学意义的gene。Kmeans聚类方法已经修正来比较两组之间时间系列的表达,但这个模型只适合一次分析几百个gene,因为计算问题。作者开发的这个方法可以用于多个时间点,不受内存的限制。一次可以检测40,000个gene。 作者文章用了两个实验。一个是处理组和非处理组,处理组用内毒素处理,目的是鉴定那些用内毒素处理过的不同时间点的gene表达变化,第二个研究,作者是检查肾脏皮质的差异表达gene,时间系列则是age,也就是看不同年龄,27~9岁。

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Science | 利用人工智能对抗传染性疾病

今天为大家介绍的是来自Cesar de la Fuente-Nunez和James J. Collins的一篇综述论文。尽管分子生物学、遗传学、计算和药物化学取得了进展,传染病仍然对公共卫生构成了可怕的威胁。应对病原体爆发、大流行和抗微生物药物耐药性所带来的挑战需要跨学科的协同努力。与系统和合成生物学相结合,人工智能(AI)正在推动快速进展,在扩大抗感染药物发现、增强我们对感染生物学的理解和加速诊断方法的发展方面发挥着重要作用。在本综述中,作者讨论了检测、治疗和理解传染病的方法,强调了每种情况下AI的进展支持。作者提出了AI的未来应用以及如何利用它来帮助控制传染病爆发和大流行。

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计算生物来到商业化前夜,一文搞懂产业链全貌 | 量子位智库报告(附下载)

量子位智库 发自 凹非寺 量子位 | 公众号 QbitAI 这个赛道火到全球大厂都想插一脚,却从未诞生一家真正意义上的公司。 它就是计算生物。 谷歌Meta英伟达百度阿里,还有比比皆是的初创企业,都屡屡传出最新前沿进展。 作为工具类学科,很难想象会在诞生近30年之后迎来如此盛况。 如今在AI激活、数据驱动下,计算生物已经来到大规模应用前夜。它将如何落地?发展到什么阶段?国内外差距到底有多大? 量子位智库做了个全球体系化梳理写下《计算生物学深度产业报告》,并整理出七个问答速览整个行业全貌。 1、计算生物学究

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Signalling entropy: A novel network-theoretical fram摘要简介

摘要 系统生物学的一个关键挑战是阐明决定细胞表型的基本原理或基本定律。了解如何在癌症等疾病中改变这些基本原则对于将基础科学知识转化为临床进展非常重要。虽然正在取得重大进展,但通过系统生物学方法确定了新的药物靶点和治疗方法,我们仍然缺乏基本系统对某些治疗成功和其他治疗失败的理解。我们在此提倡一种新的方法框架,用于系统分析和解释分子基因数据,这是基于统计力学原理。具体而言,我们提出了细胞信号熵(或不确定性)的概念,作为一种新的手段 分析和解释基因数据,更重要的是,作为阐明基础生物学和疾病基础的系统级原则的一种手

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生物医学电子工程专业的职业规划

都说医工大火,都说多领域交叉,都说牛逼,但是细究起来这么个厉害法,国内又没有合适的系统论断。今天这篇文章出自IEEE,是难得的好文。 想要谋得生物工程职位,方法并不唯一,鉴于此重要技术领域的跨学科性,可通过多种方式投身这一前途远大的事业,在其中一展身手。生物医学工程师的工作是运用自身所掌握的生物学、医学、物理学、数学、工程学和通信领域的专业知识,努力提升民众的健康水平。生命系统的多样性和复杂性带来了诸多挑战,为克服这些挑战,需要拥有创造力、想象力和丰富知识的人士,与医师、科学家、工程师甚至是商界精英携手合作,以便监测、恢复和增强正常的身体机能。 生物医学工程师的工作领域涵盖科学、医学和数学,是解决生物和医学难题的理想人选。生物医学工程事业需要以下人员:拥有生物医学工程正式学位的人士;以及拥有其他工程学科学位,并通过科目学习(如生物学辅修科目)或凭借经验,已掌握一项或多项生物调查和应用技术的人士。极少数情况下,已经掌握工程技能的生物学家或生物医学科学家也被视为该领域成员。 有一种定义认为,只要一方面涉及生物或医学,另一方面涉及工程学科,无论比例多少,均属于生物医学工程范畴。生物医学工程涉及的领域极为广泛,即便只掌握其中少数几个学科,也需要一个有天赋的人花费几辈子的时间来钻研。因此,这一领域要求从业人员具备宽泛的知识面,但同时又要专注于自己真正感兴趣的内容。本手册旨在论述当今生物医学工程师所关心的一些问题及主题。

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Nat. Mach. Intel. | 利用生成对抗网络重建新陈代谢动力学模型

今天介绍一篇洛桑联邦理工学院Ljubisa Miskovic等人于2022年8月在线发表在Nature Machine Intelligence上的文章《Reconstructing Kinetic Models for Dynamical Studies of Metabolism using Generative Adversarial Networks》。新陈代谢动力学模型通过机械关系将代谢通量、代谢物浓度和酶水平联系起来,使其对于理解、预测和优化生物体的行为至关重要。然而,由于缺乏动力学数据,传统的动力学建模通常只产生很少或没有理想动力学特性的动力学模型,使得分析不可靠且计算效率低下。作者提出了 REKINDLE框架(使用深度学习重建动力学模型),用于有效生成具有与细胞中观察到的动态特性相匹配的动力学模型。同时展现了REKINDLE使用少量微调数据,在新陈代谢的生理状态模型中迁移的能力。结果表明,数据驱动的神经网络吸收了代谢网络的隐含动力学知识和结构,并生成了具有定制属性和统计多样性的动力学模型。预计该框架将促进对新陈代谢的理解,并加速未来在生物技术和健康方面的研究。

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生物学家与计算机科学家合作的十条原则

生物学日益数字化,科学家每天都在产生海量数据,将分子转化为序列和文本文件。作为生物学家,您可能需要帮助分析所有这些数据,并且一而再再而三的考虑与计算机科学家合作。这个人可能接受过一些计算生物学方面的培训,但他们的主要关注点一直是计算机科学(computer science,CS),这里有一个挑战:如何与他们交谈?他们也许能够写出高效的代码,但他们往往不知道一些生物学的基础知识。当他们看你的分子时,他们中的一些人可能会在意识到生物之前只看到文本文件。另外,如果解释事情花了这么多时间,值得吗?您是否应该转而自行分析您的数据?或者,也许你已经注意到,今天所有那些闪闪发光的大papers代表着生物学和CS的巧妙融合。您已经找到了合作者,并希望了解如何与他们接洽。这10条简单的规则旨在提供帮助。

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网络生物学的未来新方向

今天我们介绍2022年在圣母大学组织的一个网络生物学未来方向研讨会,本文由研讨会参与者合著,总结了研讨会的讨论,预计其将帮助塑造网络生物学未来计算和算法研究的短期和长期愿景。网络生物学是一个跨学科领域,集计算科学和生物科学于一体,对于深入理解细胞功能和疾病至关重要。该领域存在约20年,仍处于初级发展阶段。由于多种因素导致该领域发生了快速变化和出现了新的计算挑战,包括数据复杂性的增加和不同组织水平上多种数据类型的出现以及数据量的增长。这意味着该领域的研究方向也需要发展。因此,汇聚了网络生物学各个计算和算法方面的活跃研究者,以确定这个领域的紧迫挑战。讨论的主题包括:生物网络的推断和比较、多模态数据整合和异构网络、高阶网络分析、网络上的机器学习以及基于网络的个体化医学。

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Nature Computational Science | 量子计算生物学的实际应用

生物学的许多领域,都涉及到解决复杂的计算问题,如模拟化学反应、基因组组装、药物发现、蛋白质折叠等。尽管计算生物学领域取得了巨大的进步,但许多现实生活中的问题,仍然具有挑战性,因为它们需要大量的计算资源,超出了现有设备的能力。然而,这为开发一个基于完全不同的原理,即量子物理定律的计算设备,提供了机会。例如,在量子物理学中,一个物体可能同时处于多种状态,这种现象被称为量子叠加。在计算的语言中,量子叠加意味着比特(在这种情况下,称为量子比特或量子位)可以同时是0和1,这种“并行”的计算过程。描述N个量子位元的量子状态,通常需要大量的信息,按指数尺度按2N扩展。在如此大的计算空间中操纵概率振幅的艺术是开发量子算法的核心,人们希望量子算法在解决许多不同的任务时提供显著优势。

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Nat. Biotechnol. | 一个综合的SARS-CoV-2-human蛋白-蛋白相互作用组

今天给大家介绍的是美国基因组医学研究所,勒纳研究所,克利夫兰诊所及美国纽约州伊萨卡康奈尔大学威尔细胞与分子生物学研究所等机构在nature biotechnology上发表的文章《A comprehensive SARS-CoV-2–human protein–protein interactome reveals COVID-19 pathobiology and potential host herapeutic targets》,在文章中作者使用高通量酵母双杂交实验和质谱生成由739种高置信度二元和共复相互作用组成的一个综合SARS-CoV-2-human蛋白质-蛋白质相互作用组(PPI)网络,用于验证已知的宿主因子及揭示了新的宿主因子。并基于网络筛选了2900种FDA批准的药物,确定了23种与SARS-CoV-2宿主因素具有显著网络接近度的药物。该研究研究证明了网络系统生物学对理解人类-病毒相互作用的价值,并为进一步研究COVID-19治疗提供了成功的机会。

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Science:人类神经科学中的功能基因组学和系统生物学

由于对资源建设和工具开发的强大的财政和智力支持,神经科学研究已经进入了神经基因组学领域的关键发展阶段。以前的组织异质性的挑战已经遇到了技术的应用,可以让我们研究单个细胞尺度的功能轮廓。此外,以细胞类型特异性的方式干扰基因、基因调控元件和神经元活性的能力已经与基因表达研究相结合,以在系统水平上揭示基因组的功能基础。虽然这些见解必须基于模型系统,但由于人类遗传学、大脑成像和组织收集方面的进步,我们现在有机会将这些方法应用于人类和人体组织中。我们承认,在我们将模型系统中开发的基因组工具应用于人类神经科学的程度上,可能总是有限制的;然而,正如我们在这个角度所描述的,神经科学领域现在已经为解决这一雄心勃勃的挑战奠定了最佳基础。将系统级的网络分析应用于这些数据集,将有助于对人类神经基因组学的更深入的理解,否则,这是无法从直接可观察到的现象中实现的。

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Nat. Methods | 利用深度学习进行基于生物物理学和数据驱动的分子机制建模

本文介绍由美国马萨诸塞州波士顿哈佛医学院系统生物学系系统药理学实验室的Mohammed AlQuraishi等人发表于Nature Methods 的研究成果:研究人员报道了可微程序与分子和细胞生物学结合产生的新兴门类:“可微生物学”。本文作者介绍了可微生物学的一些概念并作了两个案例说明,展示了如何将可微生物学应用于整合跨生物实验中产生的多模态数据,解决这一存在已久的问题将促进生物物理和功能基因组学等领域的发展。作者讨论了结合生物和化学知识的ML模型如何克服稀疏的、不完整的、有噪声的实验数据造成的限制。最后,作者总结了它面临的挑战以及它可能扩展的新领域,可微编程仍有很多可发挥的空间,它将继续影响科技的发展。

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