Các Phƣơng Pháp Dự Đoán Và Ứng Dụng Vào Bài Toán Đoán Nhận Khả Năng Ức Chế Gen Của Si Rna

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN BÁ QUÂN

CÁC PHƢƠNG PHÁP DỰ ĐOÁN VÀ ỨNG DỤNG VÀO BÀI TOÁN ĐOÁN

NHẬN KHẢ NĂNG ỨC CHẾ GEN CỦA siRNA

LUẬN VĂN THẠC SĨ HỆ THỐNG THÔNG TIN

HÀ NỘI – 2016

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN BÁ QUÂN

CÁC PHƢƠNG PHÁP DỰ ĐOÁN VÀ ỨNG DỤNG VÀO BÀI TOÁN ĐOÁN

NHẬN KHẢ NĂNG ỨC CHẾ GEN CỦA siRNA

Ngành: Hệ thống thông tin

Chuyên ngành: Hệ thống thông tin

Mã số: 60 48 01 04

LUẬN VĂN THẠC SĨ HỆ THỐNG THÔNG TIN

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. BÙI NGỌC THĂNG

HÀ NỘI - 2016

1

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự

hướng dẫn của cán bộ hướng dẫn khoa học, thầy giáo, TS. Bùi Ngọc Thăng, các kết

quả đạt được trong luận văn này là quá trình tìm hiểu, nghiên cứu của riêng tôi. Trong

toàn bộ nội dung của luận văn, những điều được trình bày là của cá nhân tôi hoặc là

được tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu khác. Các tài liệu tham khảo đều có xuất xứ rõ

ràng và được trích dẫn hợp pháp.

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định

cho lời cam đoan của mình.

Hà Nội, ngày …… tháng ..… năm 2016

Học viên thực hiện luận văn

Nguyễn Bá Quân

2

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, tôi muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến cán bộ hướng dẫn khoa học,

thầy giáo, TS. Bùi Ngọc Thăng, người đã đưa tôi đến lĩnh vực nghiên cứu này và đã

trực tiếp giảng dạy trong suốt quá trình tôi học tập, nghiên cứu tại trường Đại học

Công Nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội, thầy luôn truyền cho tôi nguồn cảm hứng,

nhiệt huyết nghiên cứu khoa học và hết sức tận tình hướng dẫn tôi, cho tôi những lời

khuyên quý báu. Mặc dù thầy rất bận với công việc giảng dạy và nghiên cứu nhưng

thầy đã dành cho tôi nhiều thời gian thảo luận các ý tưởng nghiên cứu, chỉ dẫn cách

nghiên cứu, giải đáp thắc mắc và động viên tôi vượt qua những vấn đề khó khăn cũng

như hướng tôi tới nhiều vấn đề có giá trị khác khiến tôi muốn tìm hiểu và nghiên cứu

trong tương lai.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Thầy, Cô giáo các anh chị và các bạn

trong bộ môn Hệ thống thông tin, Khoa Công nghệ thông tin, những người đã nhiệt

tình giúp tôi mở rộng kiến thức về Công nghệ thông tin nói chung và Hệ thống thông

tin nói riêng, đó là những kiến thức quý báu và sẽ rất có ích với tôi trong giai đoạn

hiện tại và tương lai.

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban Giám hiệu Nhà trường, Phòng Đào

tạo sau đại học, Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội đã tạo điều kiện tốt

nhất giúp tôi trong suốt quá trình học tập.

Qua tất cả tôi gửi đến gia đình thân yêu mọi tình cảm của mình, cảm ơn bố mẹ

đã luôn luôn tin tưởng, luôn luôn là chỗ dựa vững chắc, cảm ơn các anh chị em đã

dành mọi điều kiện để giúp tôi tập trung vào nghiên cứu.

Học viên thực hiện luận văn

Nguyễn Bá Quân

3

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................................1

LỜI CẢM ƠN .........................................................................................................................2

MỤC LỤC................................................................................................................................3

DANH SÁCH HÌNH VẼ.......................................................................................................5

DANH SÁCH BẢNG BIỂU .................................................................................................6

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ...........................................................................................7

MỞ ĐẦU ..................................................................................................................................8

CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐOẠN NGẮN RNA CÓ KHẢ

NĂNG ỨC CHẾ (siRNA) .................................................................................................. 10

1.1. Can thiệp RNA........................................................................................................... 10

1.1.1. Các cơ chế, thành phần chính của RNAi.......................................................... 10

1.1.2. Vai trò của RNAi................................................................................................. 11

1.1.3. Thành phần của RNAi ........................................................................................ 12

1.1.4. Nghiên cứu can thiệp RNA................................................................................ 12

1.2. Nghiên cứu siRNA..................................................................................................... 15

1.2.1. Lịch sử nghiên cứu siRNA................................................................................. 15

1.2.2. Chức năng của siRNA ........................................................................................ 16

1.2.3. Ứng dụng siRNA................................................................................................. 16

1.2.4. Những thách thức trong nghiên cứu siRNA .................................................... 18

1.3. Kết luận ....................................................................................................................... 22

CHƢƠNG 2. CÁC QUY TẮC THIẾT KẾ siRNA HIỆU QUẢ ............................... 23

2.1 Quy tắc thiết kế siRNA .............................................................................................. 23

2.2. Quy tắc thiết kế siRNA hiệu quả trong phương pháp sinh học............................ 23

2.3. Các quy tắc thiết kế trong cách tiếp cận sinh học tính toán.................................. 27

2.4. Kết luận ....................................................................................................................... 29

CHƢƠNG 3. PHƢƠNG PHÁP DỰ ĐOÁN KHẢ NĂNG ỨC CHẾ CỦA siRNA 30

3.1. Tổng quan một số phương pháp xây dựng mô hình dự đoán ức chế của siRNA

30

3.2. Phương pháp máy vecto hỗ trợ (SVM- Support vector machine) ....................... 32

3.3. Phương pháp rừng ngẫu nhiên (Random Forest)................................................... 39

3.4. Sử dụng phương pháp học biểu diễn để nâng cao độ chính xác của các mô hình

dự đoán................................................................................................................................ 46

4

3.5. Kết luận ....................................................................................................................... 49

CHƢƠNG 4. THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ ......................................................... 50

4.1. Dữ liệu thực nghiệm và cài đặt ................................................................................ 50

4.2. Thực nghiệm các phương pháp học máy dự đoán khả năng ức chế của siRNA 52

4.3. Đánh giá thực nghiệm ............................................................................................... 55

4.4. Kết luận ....................................................................................................................... 57

CHƢƠNG 5. KẾT LUẬN.................................................................................................. 58

5.1. Những vấn đề được giải quyết trong luận văn. ...................................................... 58

5.2. Công việc nghiên cứu trong tương lai ..................................................................... 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 60