Estratégias evolutivas aplicadas a redes de regulação gênicas artificiais
| Ano de defesa: | 2021 |
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| Autor(a) principal: | |
| Orientador(a): | |
| Banca de defesa: | |
| Tipo de documento: | Dissertação |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | por |
| Instituição de defesa: |
Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Brasil UFRN PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM BIOINFORMÁTICA |
| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
Não Informado pela instituição
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| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/46578 |
Resumo: | Gene regulatory networks (GRNs) influence the behavioral response of individuals when subjected to different contexts, they also affect extremely important processes for life, such as cell differentiation, metabolism and evolution. Computational models of gene regulatory networks, associated with artificial intelligence, enable us to create adaptable and context-independent solutions. In this work, we simulate the evolution of GRNs, aiming to evaluate how environmental variation and network growth events impact on the model's learning capacity. For this, we created populations of individuals represented by artificial gene regulatory networks (AGRNs), with physical characteristics and behaviors based on bacteria. We then simulated these populations on the tasks: “Objective Orientation”, “Phototaxy” and “Phototaxy with Obstacles”, evaluating how the events of single gene duplication, whole genome duplication and context change affect population evolution. The results indicated that a gradual increase in the complexity of the tasks performed is beneficial for the evolution of the model. Furthermore, we have seen that larger gene regulatory networks are needed for more complex tasks, with single-gene duplication being a good evolutionary strategy for growing these networks, as opposed to full-genome duplication. Studying how GRNs evolved in a biological environment allows us not only to improve the computational models produced, but also to provide insights into aspects and events that influenced the development of life on earth. |
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Estratégias evolutivas aplicadas a redes de regulação gênicas artificiaisModelagem computacionalRedes de regulação gênicaProgramação evolutivaGene regulatory networks (GRNs) influence the behavioral response of individuals when subjected to different contexts, they also affect extremely important processes for life, such as cell differentiation, metabolism and evolution. Computational models of gene regulatory networks, associated with artificial intelligence, enable us to create adaptable and context-independent solutions. In this work, we simulate the evolution of GRNs, aiming to evaluate how environmental variation and network growth events impact on the model's learning capacity. For this, we created populations of individuals represented by artificial gene regulatory networks (AGRNs), with physical characteristics and behaviors based on bacteria. We then simulated these populations on the tasks: “Objective Orientation”, “Phototaxy” and “Phototaxy with Obstacles”, evaluating how the events of single gene duplication, whole genome duplication and context change affect population evolution. The results indicated that a gradual increase in the complexity of the tasks performed is beneficial for the evolution of the model. Furthermore, we have seen that larger gene regulatory networks are needed for more complex tasks, with single-gene duplication being a good evolutionary strategy for growing these networks, as opposed to full-genome duplication. Studying how GRNs evolved in a biological environment allows us not only to improve the computational models produced, but also to provide insights into aspects and events that influenced the development of life on earth.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESRedes de regulação gênica (GRNs) influenciam a resposta comportamental dos indivíduos quando submetidos a diferentes contextos, além de participarem de processos extremamente importantes para a vida, como diferenciação celular, metabolismo e evolução. Modelos computacionais de redes de regulação gênica, associados à inteligência artificial, possibilitam-nos criar soluções adaptáveis e independentes de contexto. Neste trabalho, simulamos a evolução de GRNs com o objetivo de avaliar como eventos de variação de ambiente e crescimento de rede impactam na capacidade de aprendizado do modelo. Para isso, criamos populações de indivíduos representados por redes de regulação gênicas artificiais (AGRNs), com características físicas e comportamentos baseados em bactérias. Submetemos então essas populações às tarefas: “Orientação a Objetivo”, “Fototaxia” e “Fototaxia com Obstáculos”, avaliando como os eventos de duplicação de gene único, duplicação de genoma completo e mudança de contexto afetam a evolução da população. Os resultados indicaram que um aumento gradual de complexidade das tarefas realizadas é benéfico para a evolução do modelo. Além disso, vimos que redes de regulação gênica maiores são necessárias para tarefas mais complexas, sendo a duplicação de gene único uma boa estratégia evolutiva para o crescimento dessas redes, ao contrário da duplicação de genoma completo. Estudar como GRNs evoluíram em meio biológico nos possibilita não só melhorar os modelos computacionais produzidos, como também prover insights sobre aspectos e eventos que influenciaram o desenvolvimento da vida na terra.Universidade Federal do Rio Grande do NorteBrasilUFRNPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM BIOINFORMÁTICACosta, César Rennohttp://lattes.cnpq.br/6656095826945524http://lattes.cnpq.br/9222565820639401Moioli, Renan Cipriano30911587802http://lattes.cnpq.br/3898958813303048Figuerola, Wilfredo Blancohttp://lattes.cnpq.br/9912829629195282Pata, Diogo SantosMoreira, André Luiz de Lucena2022-03-15T18:12:22Z2022-03-15T18:12:22Z2021-09-29info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfMOREIRA, André Luiz de Lucena. Estratégias evolutivas aplicadas a redes de regulação gênicas artificiais. 2021. 34f. Dissertação (Mestrado em Bioinformática) - Instituto Metrópole Digital, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2021.https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/46578ark:/41046/00130000128x6info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRN2022-05-02T15:07:22Zoai:repositorio.ufrn.br:123456789/46578Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/repositorio@bczm.ufrn.bropendoar:2022-05-02T15:07:22Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false |
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