大規模遺伝子ネットワークの相互作用推定

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12208008
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 岡本 正宏 九州大学, 農学研究院, 教授 (40211122)
• 研究分担者: 小野 功 徳島大学, 工学部, 助教授 (00304551)
• キーワード: 逆問題 / 遺伝的アルゴリズム / 数値最適化 / Sシステム / ゲノム情報科学 / ネットワーク推定

研究概要

遺伝的アルゴリズムを基本とする従来の最適化手法(Simple GA)では、各世代の個体を1つの集団と捉えていたが、この方法では世代を重ねるごとに局所解に陥ってしまい評価値の上昇が抑えられる傾向にあった。これまで、世代交代モデル(Minimal Generation Gap;MGG)および単峰性正規分布交叉(Unimodal Normal Distribution Crossover;UNDX)を組み合わせた新たな遺伝的アルゴリズムを設計・開発し、多次元数値最適化手法としてその有用性を確かめてきた。
今年度は、最適化対象のパラメータの数を増やし、30遺伝子の推定(960個のパラメータ推定)を行い、ネットワーク推定に成功した。また、大規模遺伝子ネットワーク推定に向けて、多階層有向グラフとS-システムを組み合わせた推定方法で、推定のために何種類の遺伝子破壊実験を行えばよいかの理論的考察を行った。さらに、これまでに開発した相互作用推定プログラムを並列クラスターコンピュータに実装し、各プロセスのタスクを制御、管理するGUIプログラムを設計・開発した。すなわち、これまでに開発した遺伝子ネットワーク推定システムにプロセスの制御、推定条件のGUIでの入力、推定結果の可視化を組み入れた並列クラスターを用いた統合解析システムを開発した。なお、GUI部分はJava言語で開発した。そのシステム用いると、各プロセスが探索している現在の推定ネットワークが時々刻々可視化される。さらに、最終的に推定された複数のネットワーク候補を互いに比較し、共通の相互作用を抽出し、可視化されるようになっている。これにより、遺伝子間相互作用の確からしさが予想できる。

研究成果

• [文献書誌] 岡本正宏, 小野 功: "実数値GAのバイオ分野への応用:大規模遺伝子ネットワークの相互作用推定"人工知能学会誌. 18(5). 502-509 (2003)
• [文献書誌] Imade, H.et al.: "A Grid-Oriendted Genetic Algorithm for Estimating Genetic Networks by S-Systems,"Proc.SICE Annual Conf.2003 in Fukui. 3317-3322 (2003)
• [文献書誌] Imade, H.et al.: "Framework of Grid-Oriented Genetic Algorithms for Large-Scale Optimization in Bioinformatics"Proc.2003 Congress on Evolutionary Computation (CEC2003). 623-630 (2003)
• [文献書誌] Morishita, R.et al.: "Finding Multiple Solutions Based on An Evolutionary Algorithm for Inference of Genetic Networks by S-system"Proc.2003 Congress on Evolutionary Computation (CEC2003). 615-622 (2003)
• [文献書誌] 森下領平, 今出広明, 小野功, 小野典彦, 岡本正宏: "遺伝子ネットワーク推定における複数代替案発見のための遺伝的アルゴリズムの提案"システム・情報部門学術講演会2003講演論文集. 155-160 (2003)
• [文献書誌] Nakatsui, M., Ueda, T., Okamoto, M.: "Integrated System for Inference of Gene Expression Network"Genome Informatics. 14. 282-283 (2003)