論文の概要: Peptide Vaccine Design by Evolutionary Multi-Objective Optimization
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.05743v1
- Date: Sun, 9 Jun 2024 11:28:55 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-06-11 18:17:07.626242
- Title: Peptide Vaccine Design by Evolutionary Multi-Objective Optimization
- Title（参考訳）: 進化的多目的最適化によるペプチドワクチンの設計
- Authors: Dan-Xuan Liu, Yi-Heng Xu, Chao Qian,
- Abstract要約: ペプチドワクチン設計の主な課題は、個人間のアレルの多様性に起因するペプチドの有効サブセットを選択することである。
従来の研究は主に、ペプチド-マヨルヒストコンパチビリティ複合体(ペプチド-MHC)結合の期待数を最大化することを目的として、制約付き最適化問題としてこのタスクを定式化した。
本稿では,2目的最適化問題としてペプチドワクチン設計を再構成する多目的最適化に基づく新しいフレームワークEMOを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 34.83487850400559
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Peptide vaccines are growing in significance for fighting diverse diseases. Machine learning has improved the identification of peptides that can trigger immune responses, and the main challenge of peptide vaccine design now lies in selecting an effective subset of peptides due to the allelic diversity among individuals. Previous works mainly formulated this task as a constrained optimization problem, aiming to maximize the expected number of peptide-Major Histocompatibility Complex (peptide-MHC) bindings across a broad range of populations by selecting a subset of diverse peptides with limited size; and employed a greedy algorithm, whose performance, however, may be limited due to the greedy nature. In this paper, we propose a new framework PVD-EMO based on Evolutionary Multi-objective Optimization, which reformulates Peptide Vaccine Design as a bi-objective optimization problem that maximizes the expected number of peptide-MHC bindings and minimizes the number of selected peptides simultaneously, and employs a Multi-Objective Evolutionary Algorithm (MOEA) to solve it. We also incorporate warm-start and repair strategies into MOEAs to improve efficiency and performance. We prove that the warm-start strategy ensures that PVD-EMO maintains the same worst-case approximation guarantee as the previous greedy algorithm, and meanwhile, the EMO framework can help avoid local optima. Experiments on a peptide vaccine design for COVID-19, caused by the SARS-CoV-2 virus, demonstrate the superiority of PVD-EMO.
- Abstract（参考訳）: ペプチドワクチンは様々な病気と闘う上で重要である。
機械学習は免疫反応を誘発するペプチドの同定を改善しており、ペプチドワクチンの設計の主な課題は、個人間でのアレルの多様性によるペプチドの効果的なサブセットを選択することである。
従来の研究は、この課題を制約付き最適化問題として定式化しており、様々なペプチドのサブセットを限られたサイズで選択することで、幅広い集団にわたるペプチド-マヨルヒストコンパチビリティ複合体(ペプチド-MHC)結合の期待数を最大化することを目的としていた。
本稿では,進化的多目的最適化に基づく新しいフレームワークPVD-EMOを提案する。これは,ペプチド-MHC結合の期待数を最大化し,選択したペプチドの数を同時に最小化し,その問題を解決するためにMOEA(Multi-Objective Evolutionary Algorithm)を採用している。
また、暖房と修理の戦略をMOEAに組み込んで効率と性能を改善します。
ウォームスタート戦略は,PVD-EMOが前回のグレディアルゴリズムと同じ最悪の近似を保っていることを保証するとともに,EMOフレームワークは局所最適化を回避するのに有効であることを示す。
SARS-CoV-2ウイルスによる新型コロナウイルスのペプチドワクチン設計の実験は、PVD-EMOの優位性を実証している。
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