Каковы некоторые примеры развивающихся сетей в биологии?

Я магистр, занимаюсь анализом сетей в целом. Сеть — это то, что имеет узлы и связи между узлами. Узлы и связи могут иметь атрибуты. Развивающаяся сеть — это сеть, которая со временем меняется (добавляются новые узлы и ссылки и т. д.). Примером тому является Facebook. Узлы — это пользователи, а ссылки — дружеские отношения. Пользователи имеют атрибуты (пол, возраст и т.д.). Сеть Facebook, как вы знаете, является примером социальной сети.

Проблема в том, что так много людей изучали традиционные развивающиеся сети, такие как социальные сети, Интернет или транспортные сети. В настоящее время я ищу новые примеры развивающихся сетей для их изучения. Поэтому я подумал, что в биологии могут быть примеры , которые могли бы представлять своего рода развивающуюся сеть.

Итак, мой вопрос: можете ли вы привести примеры развивающихся сетей из биологии ? Я знаю о метаболических сетях, но они тоже хорошо изучены, мне нужно кое-что еще.

Я не знаю, можно ли их назвать сетями: экологические отношения между организмами.
@biogirl Моя копия «Экологических сетей» Паскуаля и Данна предполагает, что вы можете :)

Ответы (5)

Другие хорошо обобщили различные типы биологических сетей и то, как они могут развиваться. Я хотел бы провести четкое различие между эволюцией и динамической адаптацией и добавить несколько комментариев об относительной эволюционируемости различных биологических сетей.

Учитывая архитектуру, сеть может динамически реагировать на различные входные данные. Предпочтительные пути могут измениться, и выходные характеристики могут измениться. Примеры случаев включают влияние окружающей среды на обмен веществ. Лично я бы не стал рассматривать это как эволюцию сети, потому что архитектура остается прежней. Эволюция сети относится к перемонтажу или добавлению новых соединений.

Было бы уместно классифицировать биологические сети следующим образом:

  • молекулярные сети

    • Генетические регуляторные сети (GRN)
    • Сети молекулярного (белково-белкового) взаимодействия (PPI)
    • Сети сотовой связи

  • сотовые сети

    • Нейронные сети
    • Биопленки (?)

  • организменные сети

    • Экологические сети (пищевые сети и т. д.)

Существует несколько способов развития сети: добавление ребер, удаление ребер, модификация ребер, добавление узлов, удаление узлов и дублирование узлов.

В молекулярных сетях модификация ребер происходит, когда затрагивается химическое взаимодействие. Например, в генной регуляторной сети взаимодействие промотор-транскрипционный фактор (TF) может измениться, если имеется мутация в последовательности промотора или в ДНК-связывающем домене TF. Аналогичная ситуация существует в случаях взаимодействия PPI и лиганд-рецептор (хотя понятие мутации не применимо к лигандам). Дупликация генов (узлов) также является распространенным механизмом эволюции GRN. Делеции /инактивации генов также изменяют сеть и в некоторых случаях приводят к сложным заболеваниям. Метаболические сети развиваются, если фермент мутирует и создается новый путь. Обычно добавления узлов происходят редко; дублирование узлов икраевые модификации более распространены в молекулярных сетях.

В нейронных сетях пластичность выше, чем в молекулярных сетях. Существует базовая архитектура, необходимая для поддержания жизни, но, тем не менее, связи в неосновных регионах продолжают меняться. Поскольку активный нейрогенез прекращается после определенного момента, мы можем предположить, что количество узлов остается неизменным, но добавление ребер (новый синапс), делеция ребер (синаптическая обрезка) и модификация ребер (долговременная потенциация/депрессия) довольно безудержно и широко распространены. При нейродегенеративных заболеваниях нейроны гибнут и, следовательно, утрачиваются узлы.

Экологические сети подвержены влиянию окружающей среды и геологических барьеров. Итак, существует несколько подсетей (экосистем), которые слабо или сильно связаны друг с другом. Внедрение чужеродных видов ( добавление узлов ) вызывает немедленное нарушение архитектуры локальной сети. Долгосрочные эффекты возникают из-за вымирания ( удаление узлов ), видообразования ( эволюция узлов , ведущая к модификации краев , т. е. привычки питания и т. д.).

Следует также отметить, что во всех случаях эффект изменения в сети зависит от того, какой узел/ребро затронут; концентраторы находятся под пристальным вниманием и защищены от возмущений, поскольку любое нарушение регулирования может привести к коллапсу сети. Некоторые сети также следуют предпочтительному поведению присоединения (что противоречит сохранению концентратора как механизму). Я предполагаю , что молекулярные сети не используют предпочтительную привязанность, в отличие от экологических сетей.

Следующее не отвечает на вопрос! Это только дает некоторые идеи о том, где я лично нашел некоторые работы, связанные с сетевым анализом в биологии.

Большинство сетей, о которых я слышал в биологии, касаются

  • сеть взаимодействий видов
  • сеть индивидуальных взаимодействий внутри популяции
  • сеть взаимодействий субпопуляций внутри метапопуляции
  • нейронная сеть
  • анатомическая сеть (кровеносные сосуды, скелет и т. д.)
  • сеть метаболических путей.

Ниже я даю вам несколько заголовков статей, в которых обсуждаются сети в биологии. ссылки наверное позже добавлю ⌣ ¨ но если вы просто скопируете и вставите эти заголовки на сайт research.google или WebOfKnowledge, вы легко найдете статьи.

  • Эволюция социальной сети принятия решений у позвоночных
  • изменение климата, воздействие человека на коралловые рифы
  • архитектура мутуалистического увеличения биоразнообразия
  • различия в склонности к миграции среди особей, поддерживаемые структурой ландшафта
  • скелетное и фрактальное масштабирование в сложных сетях
  • Модификация среды обитания изменяет структуру пищевых сетей тропических паразитов-хозяев.

Эта последняя статья касается влияния различной среды на сеть взаимодействий между хозяином и паразитами. Довольно интересно для биолога.

Я ожидаю, что большинство развивающихся сетей в биологии касаются воздействия изменений окружающей среды на сеть видов, субпопуляций и видовых взаимодействий. Возможно, вы ожидали, что некоторые вещи больше связаны с эволюционной биологией. Я думаю, что большая часть этой работы касается эволюционной экологии и эволюционных процессов в метапопуляциях. Вот очень интересная и очень теоретическая статья (автор Стюарт Кауфманн) по эволюционной биологии, хотя она не имеет ничего общего с экологией.

  • антихаос и адаптация
1-на самом деле мне нужно создать набор данных развивающейся сети (который записывается сверхурочно), чтобы я мог изучать данные. В моем университете есть отличный факультет биологии, можно ли получить данные о том, что вы упомянули? Или примеры теоретические? Я совсем не силен в биологии, поэтому мне было трудно их понять. 2- Меня интересуют только развивающиеся сети. Итак, не могли бы вы удалить примеры, которые не касаются развивающихся сетей?
Перечитывая единственную статью, которая, как мне казалось, предлагает развивающуюся сеть, я понимаю, что на самом деле она не дает развивающейся сети. Это всего лишь сравнение сетей между разными экосистемами. Хм… так что я не знаю ни одной статьи, в которой бы сообщался анализ развивающейся сети в биологии. Хотя, вероятно, существуют. Думаю, я не буду удалять свой ответ, потому что он дает представление о том, где мы можем найти сети в биологии, что всегда информативно.
Я думаю, будет еще сложнее, если вам нужно найти хороший набор данных. Как только вы найдете статью, в которой представлена ​​развивающаяся сеть, вы всегда можете спросить авторов, можете ли вы использовать их данные для своего проекта, и, конечно же, не забудьте сказать им, что вы будете цитировать их работу.

Я нахожу это очень интересным вопросом, так как лично я очень часто работаю с сетями!

Основываясь на вашем определении эволюционирующих сетей, можно рассматривать сети белок-белковых взаимодействий как эволюционирующие, поскольку с течением времени обнаруживается все больше и больше взаимодействий между различными белками, и все больше новых белков (узлов) проверяются на их взаимодействие с другими белками.

Если это соответствует вашему определению, вы можете использовать базы данных взаимодействий PP, такие как BioGRID, и просматривать различные выпуски и видеть, какие белки добавляются с течением времени и какие новые взаимодействия были добавлены между различными выпусками. Вот страница архива BioGRID ( http://thebiogrid.org/download.php ). BioGRID также имеет подключаемый модуль Cytoscape, который вы можете использовать, хотя я никогда не работал с динамическими сетями в Cytoscape, поэтому, возможно, взгляните на Pavlopoulos et al 2008 BioData Min, который представляет собой обзор инструментов визуализации для анализа биологических сетей.

Надеюсь это поможет!

ммхх интересно. И приятно, что данные в вашем примере находятся в свободном доступе. Но анализ этой развивающейся сети мог бы рассказать больше об истории открытия новых белков, чем о реальных биологических механизмах, лежащих в их основе. Хотя я не уверен. Я думаю, это может сказать о том, насколько мы близки к тому, чтобы иметь хорошее определение того, как выглядит сеть белковых взаимодействий. Эти данные действительно могут заинтересовать ОП.
Да, этот набор данных, проанализированный в динамическом смысле, может сказать нам, насколько мы близки к хорошей оценке глобальных взаимодействий PP в данном организме, учитывая используемые методы / оборудование и скорость обнаружения взаимодействий PP с течением времени, но тем не менее, это скорее историческое описание, а не биологическая основа. Данные должны быть более правильно соотнесены с оборудованием/методами, хотя есть много других скрытых переменных, таких как количество людей, которые участвовали в обнаружении взаимодействий PP между выпусками данных и т. д.

Не уверен, соответствует ли это вашему определению сети, но есть несколько каскадов киназ, которые передают сигналы. Например, базовый каскад MAPK эволюционировал, чтобы выполнять различные роли через каскады ERK, JNK и p38.

Эволюция путей MAP киназы: кодупликация взаимодействующих белков приводит к новым сигнальным каскадам. Кэффри и др., Журнал молекулярной эволюции, 1997. Ссылка здесь.

Древние сигналы: сравнительная геномика семейств генов MAPK и MAPKK растений. Ссылка здесь . Мэннинг и др., Тенденции в биохимических науках, 2002 г.

Не могли бы вы добавить несколько ссылок?
добавлено несколько ссылок - чтение статей в Википедии о MAPK также было бы очень полезным; эти белки чрезвычайно важны для очень широкого спектра клеточных функций

Муравьи, слизевики и мозги.

Муравьи и слизевики используют простые правила для создания довольно хороших транспортных сетей эмерджентным образом, а мозги постоянно подключаются и переподключаются (добавляя/удаляя ребра, но обычно не узлы) .

Эволюционные сети, метаболические сети и экологические сети гораздо сложнее получить конкретные наборы данных из-за задействованных временных и пространственных масштабов. (Я имею в виду шкалу времени, в течение которой происходит добавление/удаление узлов и модификация ребер, что находится в эволюционном времени)

Однако формы слизевиков, пути муравьев и следы нейронов можно воспроизвести в лаборатории. Муравьиные алгоритмы довольно распространены, поэтому вы можете запустить один из них, а затем изучить график, который он выводит, когда он работает. Это не совсем биологические сети, но определенно биомиметические. Если тонкости, вероятно, будут важны, вам, возможно, придется физически получить несколько муравьев.

Если вы ищете готовые базы данных слизевиков или экспериментов с муравьями, вы можете попробовать связаться с авторами статьи PNAS , но я не думаю, что кто-то хочет смоделировать поведение слизевиков в виде графика. Ты мог быть первым!

Не могли бы вы предоставить некоторые базы данных и справочные материалы, в которых записывается эволюция этих сетей с течением времени? Кроме того, нейронное пересоединение/соединение представляет собой статическую, но динамическую сеть, но она не развивается в том смысле, что количество нейронов, следовательно, узлов увеличивается с течением времени после рождения, как указано в ответе WYSIWYG, но, как указано, его можно использовать только как деконструктивное развитие. сети при нейродегенеративных состояниях. Еще несколько ссылок было бы здорово!
Я не уверен, что базы данных, которые вы запрашиваете, существуют. Тем не менее, они определенно были бы полезны для подобных исследований. Я добавил несколько ссылок на людей, работающих в соответствующих областях, и некоторые биомиметические подходы, которые могут вам подойти.
Каковы некоторые примеры развивающихся сетей в биологии?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v