Chương 1: Trình bày sơ lược các khái niệm về sinh học, phát biểu bài toán tương tác gen, hệ quả của tương tác gen và mục đích của việc phát hiện tương tác gen. Chương 2: Trình bày tổng quan về ACO và một vài thuật toán cập nhật mùi khác nhau trong ACO. Ví dụ về bài toán người chào hàng giải quyết bằng thuật toán ACO. Chương 3: Giới thiệu một vài thuật toán giải quyết bài toán tương tác gen với những ưu, nhược điểm.
Trình bày lại thuật toán AntEpiSeeker và trình bày về hàm kiểm định thống kê Chi-square. Chương 4: Đưa ra kết quả mà bài báo công bố, giải thích ý nghĩa của các tham số và ý nghĩa đánh giá các thuật toán với nhau khi nào là tốt khi nào là xấu. Chạy thực nghiệm lại với một bộ dữ liệu mô phỏng để so sánh tốc độ của thuật toán ban đầu với tốc độ sau khi xử lý song song hóa các tác vụ của kiến và kiểm tra khả năng tìm ra tập các vị trí nucleotide biến đổi ở phương pháp cập nhật mùi mới. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 11 CHƢƠNG I TƢƠNG TÁC TRỘI QUY VỀ BÀI TOÁN TƢƠNG TÁC GEN 1.1 Tƣơng tác gen và các hiệu ứng gây ra 1.1 Khái niệm về tƣơng tác gen Một số khái niệm di truyền: Nhiễm sắc thể: Là một cấu trúc trong tế bào chứa hai loại thông tin gồm chuỗi DNA và Protein.
Trong đó chuỗi DNA mang thông tin di truyền xác định chức năng và đặc điểm của sinh vật, Protein quyết định đến chức năng và quá trình phát triển của sinh vật. Tập hợp tất các nhiễm sắc thể của một sinh vật được gọi là hệ gen của sinh vật đó.1 Cấu trúc nhiễm sắc thể Chuỗi DNA (Deoxyribonucleic Acid): Là một chuỗi cấu trúc xoắn kép gồm hai sợi liên kết, bắt cặp với nhau (A-T, G-C). Trên mỗi một sợi được biểu diễn bởi một xâu kí tự chứa 4 loại kí tự: A,T,G,C (tên viết tắt của 4 loại nucleotide). Ví dụ, xâu kí tự “CAGTTGACGGCGAACCGTGCGAGCAGACGGTCGTT“ là một chuỗi DNA.
Gen: Là một đoạn DNA mang thông tin hướng dẫn tổng hợp protein và có một vị trí nhất định trên nhiễm sắc thể. Gen chịu trách nhiệm về những đặc điểm di truyền.2 Minh họa gen trên nhiễn sắc thể TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 12 Alen: Các dạng khác nhau của một gen (không cùng xảy ra) nằm tại cùng một vị trí xác định trên một nhiễm sắc thể cụ thể. Locus: Vị trí riêng biệt của một đoạn DNA mang thông tin (hay còn gọi là gen) trên nhiễm sắc thể. Nhiều locus được gọi là loci.
SNP: Được viết tắt của “single nucleotide polymorphism” được gọi là đa hình đơn nucleotide (đọc là sờ-níp ), là những biến thể trình tự DNA xảy ra khi một đơn nucleotide (A, T, C, hoặc G) trong trình tự bộ gen bị thay đổi. Được minh họa bằng hình ảnh 1.3 Một đột biến điểm xảy ra trong phân tử DNA thay thế cặp nucleotide A-T bằng cặp nucleotide G-C Tương tác gen: Sự tác động qua lại giữa các gen trong quá trình hình thành kiểu hình. Tương tác gen gồm có hai kiểu: Tương tác giữa các gen alen và tương tác giữa các gen không alen (thường được gọi tắt là tương tác gen)[2]. Tương tác giữa các gen alen là tương tác giữa trạng thái khác nhau của cùng một gen tồn tại trên một vị trí nhất định của cặp nhiễm sắc thể tương đồng.
Ví dụ 1: Lai giữa hai giống hoa (màu sắc hoa) Quy ước: A- màu đỏ, a- màu trắng (A là trội hoàn toàn so với a) Ptc: Hoa đỏ (AA) x Hoa trắng (aa) F1: Hoa hồng (Aa) Tương tác giữa các gen không alen là tương tác giữa các trạng thái khác nhau của cặp gen, mỗi gen nằm trên các vị trí khác nhau, có thể nằm trên cùng một nhiễm sắc thể hoặc trên các cặp nhiễm sắc thể tương đồng khác nhau. Trong luận văn về sau khi nói tới tương tác gen, sẽ hiểu tương tác giữa các gen không alen. Ví dụ 2: Ví dụ: Lai giữa hai giống hoa (màu sắc hoa) Quy ước: A-B-: Màu đỏ; A- bb-, aaB-, aabb: Màu trắng Ptc: Hoa đỏ (AABB) x Hoa trắng (aabb) F1: Hoa hồng (AaBb) TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 13 Nhìn vào ví dụ một và ví dụ hai thấy có sự khác nhau. Trong ví dụ một, có A- hay a- quy ước màu hoa đỏ và màu hoa trắng.
Trong ví dụ hai, quy ước màu hoa đỏ lại là của hai alen: A-B-, trong đó alen A và alen B ở hai vị trí khác nhau và được gọi là không alen.2 Hệ quả của tƣơng tác tác gen và hƣớng nghiên cứu 1.1 Hệ quả của tƣơng tác gen Môi trường và thực phẩm là hai yếu tố phổ biến gây bệnh cho con người. Tuy nhiên gen là nguyên nhân chính để gây ra các căn bệnh. Có thể nói, yếu tố di truyền đóng vai trò rất lớn. Các căn bệnh phổ biến như: Ung thư, tim mạch, bệnh tai nhĩ, bệnh tiểu đường, bệnh thoái hóa điểm vàng hay mù màu….
Đều liên quan tới gen di truyền. Các bệnh xảy ra khi có sự thay đổi trong các gen chịu trách nhiệm cho sự tăng trưởng và sửa chữa các tế bào. Những thay đổi này là kết quả của sự tương tác giữa các yếu tố di truyền và các tác nhân bên ngoài như: Tác nhân vật lý (tia phóng xạ: Tia X, .), tác nhân hóa học (thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ,…), tác nhân sinh học như virus có trong cơ thể hoặc môi trường bên ngoài cơ thể, chế độ ăn uống và lối sống…Sự biến đổi cấu trúc phân tử của gen có thể dẫn đến biến đổi cấu trúc của loại protein mà nó mã hóa, cuối cùng có thể dẫn đến biến đổi ở kiểu hình. Các đột biến gen biểu hiện ra kiểu hình ở từng cá thể riêng lẻ, không tương ứng với điều kiện sống, thường là đột biến lặn là có hại cho bản thân vì chúng đã phá vỡ sự thống nhất hài hòa trong kiểu gen đã qua chọn lọc tự nhiên và duy trì lâu đời trong điều kiện tự nhiên, gây ra những rối loạn trong quá trình tổng hợp protein.
Đa số đột biến gen tạo ra các gen lặn là có hại, một số trung tính, một số có lợi. Những gen lặn chỉ biểu hiện ra kiểu hình khi ở thể đồng hợp và trong điều kiện môi trường thích hợp. Qua giao phối, nếu một cặp tổ hợp gen thích hợp một đột biến vốn là có hại có thể trở thành có lợi. Đột biến gen gây ra những thay đổi trong nucleotide dẫn đến biến đổi m ARN và quá trình tổng hợp protein nên thường gây ra hậu quả có hại, làm giảm khả năng sống của sinh vật.
Chẳng hạn như bệnh u mô đệm đường tiêu hóa. Đột biến gen KIT trong u mô đệm đường tiêu hóa, đột biến mất 6 nucleotide từ vị trí 1669 tới 1674 trong cADN (c.1669_1674del) hoặc đột biến mất 2 amino acid trong proterin (từ Tryptophan 557 tới Lysine 558 (p. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.4 Đột biến gen KIT trong u mô đệm đƣờng tiêu hóa Tương tác gen gồm có các tương tác như: Tương tác át chế gen [2,3,5], tương tác cộng gộp và tương tác bổ trợ [2]… 1.2 Hƣớng nghiên cứu Di truyền học là một môn khoa học nghiên cứu về tính di truyền và biến dị của sinh vật. Tính di truyền được biểu hiện ở sự giống nhau giữa con cái với cha mẹ.
Tính biến dị biểu hiện sự sai khác giữa cha mẹ và con cái cũng như giữa các con cái với nhau. Mặc dù, quá trình xác định bản đồ gen dựa trên phương pháp di truyền Mendel đã có những bước tiến lớn, tuy nhiên những gen cơ bản tiềm ẩn gây lên các căn bệnh phức tạp vẫn chưa được biết đến. Gen của loài người có những biến thể di truyền khác nhau và điểm đó làm nên sự khác nhau giữa người này với người kia. Dự án gen người đã chỉ ra rằng bộ gen của hai người bất kì giống nhau 99,9%.
Giờ thì các nhà khoa học đã hoàn tất một bản đồ chi tiết hơn (còn gọi là HapMap), chỉ ra các biến thể gen để giải thích 0,1% khác biệt. Phần lớn trong số những biến thể đó là hàng triệu các điểm đa hình tại những vị trí nucleotide nhất định đã làm thay đổi mã di truyền. Những điểm khác biệt đó được gọi là những đa hình đơn nucleotide (single nucleotide polymorphisms, SNPs) hiện đang được Dự án quốc tế HapMap tiến hành thống kê một cách hệ thống. Các nhà khoa học tin rằng SNP bản đồ sẽ giúp họ có nhiều gen liên quan với các bệnh phức tạp như: Ung thư, bệnh tiểu đường, bệnh mạch máu, và một số hình thức bệnh tâm thần.
Một vài nhóm làm việc để tìm SNPs và cuối cùng tạo ra SNP bản đồ hệ gen của con người. Trong số đó là Mỹ Human Genome Project (HGP) và một dự án song song cũng được thực hiện bởi một công ty tư nhân tên là Celera Genomics. Gần đây có những nghiên cứu xác định tương tác át chế trong các căn bệnh phức tạp như bệnh ung thư, bệnh tiểu đường, bệnh tai nhĩ[4,17,21]. Từ việc tìm, khám phá tương tác gen để từ đó tìm ra được các gen là nguyên nhân gây lên các căn bệnh.
Dựa vào đó các nhà nghiên cứu tìm ra các hướng để điều TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 15 trị bệnh một cách thích hợp và hiệu quả nhất, chẳng hạn như hướng: Tác động gen để trị bệnh, đây cũng là một hướng đi mới trong tương lai[30].2 Bài toán phát hiện tƣơng tác gen 1.1 Mục đích vì sao cần phát hiện tƣơng tác gen Gen là nhân tố di truyền nằm trên nhiễm sắc thể trong tế bào quy định một hay một số tính trạng nào đó của cơ thể. Đột biến gen là những biến đổi trong cấu trúc của gen xảy ra ở cấp độ phân tử tại một điểm nào đó trên phân tử DNA và có liên quan đến sự thay đổi về số lượng, thành phần, trật tự các cặp nucleotide trong gen. Sự thay đổi trật tự các nucleotide đã làm thay đổi mã di truyền. Vật liệu di truyền của mỗi người có một mô hình SNP độc đáo được tạo thành nhiều biến thể di truyền khác nhau.
Các nhà nghiên cứu đã tìm thấy rằng, hầu hết các SNPs không chịu trách nhiệm cho một bệnh tật nào. Thay vào đó, nó như là các dấu hiệu sinh học để xác định chính xác một căn bệnh trên bản đồ gen của con người. Bởi vì, những SNPs thường nằm gần một gen được tìm thấy có liên quan đến một căn bệnh nào đó. Thỉnh thoảng một SNPs thực sự có thể gây ra một căn bệnh, và do đó có thể được sử dụng để tìm kiếm và cô lập các gen gây bệnh.