عنوان پایان‌نامه
بررسی مسئله معکوس پیچش RNA با استفاده از الکوریتم های تکاملی
- رشته تحصیلی
- علوم کامپیوتر
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 57506
- تاریخ دفاع
- ۱۷ بهمن ۱۳۹۱
- دانشجو
- علی اسماعیلی طاهری
- استاد راهنما
- مرتضی محمدنوری, محمد گنج تابش
- چکیده
- RNAها نقش مهمی در فرآیندهای زیستی بازی می‌کنند. توانایی آنها نه تنها به عنوان حمل کننده اطلاعات بلکه به عنوان توسعه دهنده خواص کاتالیزوری، آنها را در مجموعه‌ی درشت ملکول‌های زیستی پررنگتر می‌کند. این خواص کاتالیزوری رابطه تنگاتنگی با ساختار سه بعدی ملکول RNA دارد. آرایش و پیش‌بینی ساختار سوم فرآیندی است که به آن پیش‌بینی پیچش گفته می‌شود و یکی از مسائل حیاتی در بیوانفورماتیک است. فرآیند پیچش RNA به عنوان یک فرآیند سلسله مراتبی در نظر گرفته شده و ساختار دوم قبل از ساختار سوم بررسی می‌شود. پیوندهای ساختار سوم از لحاظ انرژی ضعیف‌تر از پیوندهای ساختار دوم هستند. به طور معمول ساختار دوم تغییری نمی‌کند در حالی که فعل و انفعالات ساختار سوم شکل می‌گیرند. روش‌های موثری برای پیش‌بینی ساختار دوم RNA تحت شرایط خاص وجود دارد، ولی این امکان برای ساختار سوم وجود ندارد. ساختار دوم به عنوان اولین قدم برای پیش‌بینی خواص تابعی ملکول RNA به کار می‌رود. عملکرد بسیاری از RNAها تابعی از ساختار آنها است. بنابر این طراحی و ساخت ملکول‌های RNA با ساختار خاص به طور بالقوه کاربردهای فراوانی دارد. که به عنوان مثال می‌توان به زمینه تحقیق در مورد عملکرد RNAهای بیولوژیکی، ساخت ریبوزیم‌های جدید و یا طراحی نانو ساختار‌های RNAهای مصنوعی اشاره کرد. در این پایان‌نامه، ما به بررسی مسئله معکوس پیچشRNA می‌پردازیم. هدف در این مسئله دریافت یک ساختار دوم RNA و پیداکردن دنباله RNA است که در صورت پیچ خوردن، ساختاری مانند ساختار داده شده را به خود بگیرد. برخلاف مسئله پیش‌بینی ساختار دوم ( RNA بدون شبه‌گره)، این مسئله از لحاظ محاسباتی یک مسئله سخت به شمارمی‌رود. در این پایان‌نامه روشی برپایه الگوریتم‌های تکاملی برای مسئله معکوس پیچش RNA ارائه می‌دهیم. کلمات کلیدی: ساختار دوم RNA، پیچش، الگوریتم تکاملی، طراحی RNA، معکوس پیچش RNA،کمترین انرژی آزاد، پایداری
- Abstract
- Ribonucleic acids play fundamental roles in cellular processes and their function is directly related to their structure. The research reported in this thesis is focused on the design of RNA strands that are predicted to fold to a given secondary structure, according to a standard thermodynamic model. The design of RNA structures is important for applications in therapeutics and nanotechnology. This work also applies to DNA with the appropriate thermodynamic model for DNA molecules. The overall goal of this research is to improve the performance and scope of algorithmic methods for RNA secondary structure design. In the present study, we develop a multi-objective evolutionary algorithm, ERD (Evolutionary RNA Designer), for RNA inverse folding problem. We compare the results of ERD with the results of two existing methods, namely INFO-RNA and MODENA on artificial as well as biological test sets. The obtained results indicate that our method outperforms the other two mentained methods concerning different measures including accuracy, speedup, stability, similarity and nucleotides' distribution. Keywords: RNA tertiary structure, RNA Inverse folding ,Secondary Structure ,Evolutionary Algorithm, Genetic Algorithm, MFE
