Konak-patojen protein etkileşiminin hesaplamalı yöntemler ile tahmini
Prediction of host-pathogen protein interactions by computational methods
Yazar: İRFAN KÖSESOY
Danışman: PROF. DR. CEMİL ÖZ ; DOÇ. DR. MURAT GÖK
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control

Özet:
Türler arası patojen-konak protein etkileşimlerin bilinmesi enfeksiyonel hastalıkların teşhis ve tedavisi için geliştirilecek çözüm stratejileri açısından hayati öneme sahiptir. Etkileşim tespitinde kullanılan deneysel yöntemlerin maliyetli olması ve uzun zaman almasından dolayı proteinler arası etkileşimlerin modellendiği hesaplamalı yöntemlerin bu alanda önemli bir yeri vardır. Hesaplamalı yöntemler, tespit süresinin kısaltılması ve maliyetin düşürülmesine ek olarak deneysel yöntemlerle yanlış tespit edilen etkileşimlerin kontrolünde de kullanılmaktadır.

Veri seyrekliği, veri yetersizliği ve doğrulanmış negatif veri setinin olmaması, patojen-konak protein etkileşim tahmini için kullanılan hesaplamalı yöntemlerin ortak problemidir.  Bu çalışmada amaç patojen-konak etkileşim tahmin doğruluğunu arttırmak ve veri yetersizliğinden kaynaklanan olumsuzlukları gidermektir.  Bu kapsamda genişletilmiş ağ modeli ve lokasyon tabanlı kodlama yöntemleri önerildi. Genişletilmiş ağ modeli "türler arası yeterli etkileşim verisinin olmadığı patojen konak etkileşimleri ile patojen ve konak proteinlere ait tür içi etkileşimlerin entegre edilmesi tahmin doğruluğunu arttırır" hipotezinden esinlenerek geliştirildi. Lokasyon tabanlı kodlama, proteinlerin amino asit diziliminin kodlandığı bir öznitelik çıkarım yöntemidir. Makine öğrenmesi algoritmalarında patojen konak etkileşim tahmininde başarımı etkileyen faktörlerden biri kullanılan özniteliklerdir. Biyolojik veri tabanlarında proteinlere ait en fazla veri amino asit dizilim bilgisidir. Sadece amino asit dizilimini baz alarak geliştirilen güçlü bir öznitelik çıkarım yöntemi, patojen konak etkileşim tahmin doğruluğunu arttıracaktır. Ayrıca amino asit dizilim bilgisinin kullanılması sayesinde bilinen tüm etkileşimler için öznitelik vektörlerinin daha kolay çıkarılması sağlanır. 

Tezde protein kodlama ve protein etkileşim tahmini üzerine çalışan araştırmacıların kullanılabileceği, ücretsiz erişilebilen, kullanıcı dostu bir ara yüze sahip web tabanlı PROSES (Protein Sequencebased encoding system) yazılımı geliştirildi. Yazılım özellikle programlama bilgisi olmayan kişiler için faydalıdır. PROSES şu anda Yalova Üniversitesi web sunucusunda yer alan http://proses.yalova.edu.tr adresinde kullanılmaktadır.

Abstract:
Knowledge of the pathogen-host protein interactions in the inter species has a vital prospect for a solution strategy to be developed against diagnosis and treatment of infectious diseases. Modeling interactions between proteins has necessitated the development of computational methods in this field, since detection of interactions by experimental methods is both time-consuming and costly. Computational methods are used in decreasing of the detection time and cost; in addition checking of the false detected interactions via experimental methods.  

Data scarcity, data inadequacy, and negative data sampling are the common problems of computational methods for used in prediction of pathogen-host protein interaction. In this study, the purpose is that prediction accuracy of the pathogen-host interaction increase and negativeness eliminate because of data inadequacy. Within thisframework, extended network model and location based encoding approaches are proposed. Firstly, the extended network model is created by inspired from the hypothesis of that "integrating the known protein interactions within host and pathogen organisms improve the success of prediction of unknown pathogen-host interactions". Secondly, location based encoding is feature extraction method which is used for encoding of amino acid sequences. One of the important factors is feature which affects success in prediction of pathogen-host interaction within machine learning algorithms. In biological databases, the most data is the information of amino acid sequence regarding proteins. Prediction accuracy of pathogen-host interaction will be increased by that a robust feature extraction method is developed on the basis amino acidsequence. Furthermore, extraction of feature vectors for all the known interactions are provided in easier way by the sake of using the information of amino acid sequence.

In this thesis, PROSES (Protein SequencebasedEncodingSystem) which is a user-friendly interface and freely accessible web server, has been designed for researchers, who are working on the field of protein encoding and prediction of protein interaction. The web server is especially useful for those who are not familiar with programming languages. PROSES is currently being used at http://proses.yalova.edu.tr which is storedin the web server of Yalova University.