Исследование генетического разнообразия популяции

Для определения степени разнообразия популяции будем использовать расстояние Хэмминга.

В теории информации расстояние Хэмминга между двумя строками равной длины – это число позиций, в которых соответствующие символы различны. Другими словами, оно измеряет минимальное количество подстановок, необходимых для преобразования одной строки в другую, или минимальное количество ошибок, которые могли бы преобразовать одну строку в другую. В более общем контексте расстояние Хэмминга является одной из нескольких строковых метрик для измерения расстояния редактирования между двумя последовательностями.

Принцип подсчета отражен на рисунке 8.

Рисунок 8–Расстояние Хэмминга

Таким образом, для двух основанийрасстояние Хэмминга определяетсякак:

Для двух генов:

Среднее расстояние для популяции:

(1)

где L длина генома, N – численность популяции.

Полный перебор популяции не рационален и очень затратен по времени и ресурсам, поэтому было произведено усовершенствование алгоритма следующим образом, что позволило значительно увеличить скорость выполнения программы.

На первом шаге сравним все первые гены цепочек во всей популяции. За один проход просуммируем количества различных нуклеотидов. Затем по формуле числа сочетаний из Nпо 2 посчитаем количество пар геномов с одинаковыми нуклеотидами, отдельно для каждого из видов нуклеотидов.

Полученные числа просуммируем и вычтем из общего количества возможных пар геномов. Полученное число будет количеством пар геномов с различными нуклеотидами в паре.

Проведем эти операции для всех 1800 рядов и просуммируем на каждом этапе полученные количества пар.В итоге получим количество различных пар геномов во всей популяции.

Данный алгоритм значительно быстрее, т.к. в результате мы совершаем всего лишь один проход по всей популяции, а не полный перебор всех вариантов.

С полученным количеством различных пар геномов проводим вычисления по вышеописанным формулам.

В каждом поколении было посчитано среднее по популяции расстояние Хэмминга, эта информация сохранялась в массиве. Так как начальная популяция состоит из одинаковых вирусных цепочек дикого типа, для нее это значение было равно нулю.

Полученные данные отображены на рисунках 9 и 10.

Рисунок 9–Расстояние Хэмминга при концентрации AZTμM = 0

Рисунок 10–Расстояние Хэмминга при концентрации AZTμM = 0,3

Таким образом, можно наблюдать наиболее явный рост графика в поколениях 0–4000, после чего он замедляется и в поколениях 6000–10000 меняется слабо.

Также был проведен подсчет среднего расстояния Хэмминга по популяции, учитывающий только те позиции в геноме, которые влияют на определение квазивида цепочек. Полученные данные отображены на рисунках 11 и 12.

Рисунок 11 –Расстояние Хэмминга при концентрации AZTμM = 0

Рисунок 12 –Расстояние Хэмминга при концентрации AZTμM = 0,3

На данном этапе построения модели не наблюдается существенной зависимости изменения среднего расстояния Хэмминга от концентрации препарата AZTμM.