fakulteta za matematiko in ﬁzikoskreko/pouk/ipo_2010-11/... · speciﬁˇcnih protiteles ponavadi...

UvodUmetni imunski sistemi

Primer: preprecevanje nezeljene poste

Umetni imunski sistemiSeminarska pri predmetu Izbrana poglavja iz optimizacije

Branka Janezic

Fakulteta za matematiko in fiziko

Branka Janezic Umetni imunski sistemi

Vsebina

1 UvodNaravni imunski sistem

2 Umetni imunski sistemiTeorija selekcije klonovAlgoritem CLONALG

3 Primer: preprecevanje nezeljene poste

Primer: preprecevanje nezeljene posteNaravni imunski sistem

Vsebina

posnemanje naravnih imunskih sistemov, saj so robustni,kompleksni in prilagodljivipodrocje, ki uporablja nacela imunskega sistema zaoptimizacijo, je znano kot umetni imunski sistemi(artificial immune systems - AIS)uporabljajo se predvsem pri problemih rudarjenja podatkovin ucenju strojev

Vrste obrambe

Obrambo proti tujkom delimo v dve skupini:1 nespecificna odpornost; deluje proti razlicnih tujkom na

splosno, se ne prilagaja vsakemu napadalcu posebej2 specificna odpornost; deluje le proti dolocenemu tujku,

ko nespecificna obramba ni dovolj ucinkovitapriredi orozje za vsakega vsiljivca posebejvsebuje elemente, ki si zapomnijo strategijo in vrstovsakega napadalcaomogoca telesu, da postane odporno proti specificnemumikrobu

Vrste obrambe

Delovanje imunskega sistema

vse telesne celice in tujki imajo na svojih povrsinahoznake, po katerih jih telo prepozna kot lastne ali tuje - toso antigeniprotitelesa delujejo unicujoce na vsak antigen, protikateremu so razvite.protitelesa se vezejo na specificne anigene po nacelukljuca in kljucavnicespecificnih protiteles ponavadi v telesnih tekocinah niveliko, zato je treba takoj, ko tujki mnozicno vdrejo v telo,njihovo proizvodnjo pospesiti

Vsebina

1 antigen najprej prepoznajo velike celice poziralke(makrofagi), ki antigen zaobjamejo in pozrejo

2 delci antigenov se vgradijo v makrofage in strlijo navzven,tako da jih lahko prepoznajo pomocniski limfociti T

3 ko ti pridejo v stik z delci antigenov se aktivirajo innamnozijo, v njih pa se vgradijo posebne receptorskemolekule

4 s temi molekulami prepoznajo tretjo vrsto belih krvnih celic,celice B, in se nanje vezejo

5 po vezavi se aktivirajo tudi celice B in se zacnejo deliti vspecificna protitelesa, ki se lotijo preostalih tujkov zenakimi antigeni, in spominske limfocite B

Teorija selekcije klonovAlgoritem CLONALG

Vsebina

Zastavitev problema

dolocimo nacin predstavitve komponent sistemabinarno kodiranjezapis z n-terico realnih stevil. . .

ovrednotimo povezave med komponentami sistema, kjer jemera ujemanja razdalja med njimi

binarna predstavitev → Hammingova razdalja (steviloneenakih komponent v dveh nizih enake dolzine)predstavitev z realnimi stevili → Evklidska ali Manhattanrazdalja (dolzina poti, ce lahko potujemo samo po mrezi)

Zastavitev problema

Vsebina

Razvoj in pomen teorije

selekcija klonov se uporablja pri modeliranju reakcijeimunskega sistema na infekcijopredstavil jo je M. Burnet leta 1959, ki je za svoje delo naAIS prejel tudi Nobelovo nagradoteorija je osnovana na konceptu kloniranja in ujemanjamed komponentami sistema

Teorija selekcije klonov

1 imamo mnozico B in T limfocitov za unicenje specificnihantigenov, ki napadajo telo

2 ko je telo izpostavljeno tujemu antigenu, se tiste B celice, kise najbolje vezejo z antigenom, pricnejo razmozevati skloniranjem

3 vez med antigenom in protitelesom je odvisna od tega,kako dobro se receptorska molekula na protitelesu ujema zoznacevalno molekulo na antigenu

4 boljse kot je ujemanje, mocnejsa je vez - to lastnostpoimenujemo afiniteta

5 nekatere klonirane celice se aktivirajo ostale pa postanejospominske celice

6 delez kloniranih celic nato se mutira, kar spodbudigenetsko raznolikost

7 izvede se selekcija, ki zagotovi prezivetje celic z visjoafiniteto

Vsebina

Analogija

Naravni imunski sistem Optimizacijski problemProtitelo ResitevAfiniteta Namenska funkcijaAntigen Optimizacijski problemKloniranje Reprodukcija resitevMutacija Spreminjanje resitevZorenje afinitete Izbira najboljsih resitevDodajanje receptorskih molekul Diverzifikacija

CLONALG

Vnos: Zacetna populacija P0

P = P0; generacija zacetne populacije nakljucnihprotitelesPonavljajbla Ovrednoti protitelesa in izracunaj njihovo afinitetobla Izberi N% protiteles z najvisjo afinitetobla Kloniraj izbrana protitelesabla Mutiraj klonirana protitelesabla Ovrednosti vsa klonirana protitelesabla Dodaj R% najboljsih klonov v mnozico protitelesbla Odstrani najslabse elemente iz mnozice protitelesbla Dodaj nova nakljucna protitelesa v populacijoDokler ni zadosceno ustavljalnemu kriterijuIzhod: Najboljsa najdena populacija

Ostale toerije AIS

Princip negativne selekcije - proces, ki eliminira limfociteT, ki reagirajo na nase lastne celiceAlgoritem aiNET - omrezni algoritem, kjer nova protitelesaodstranjujemo glede na afinitito z antigeni, ostalimi novimiprotitelesi in obstojecimi protitelesiTeorija nevarnosti (danger theory) - dopusca moznost,da ni nobene imunske reakcije na tujo bakterijo in da lahkoimunski sistem reagira na lastne celice

Ostale toerije AIS

Vsebina

Opis problema

tako kot imunski sistem loci med lastnimi in tujimi celicami,program loci med zeljeno in nezeljeno postoantigen, znacilen za dolocen tujek se tekom casa v temprimeru spreminjasistem mora biti sposoben ne samo ucenja, ampak tudipozabljanjanezeljena posta (spam) bo predstavljala tuje antigenezeljeno sporocilo bo uporabljeno kot lastni antigen oziromaprotitelolimfociti so digitalni biti informacije in vsak vsebuje vzorec,ki ga uporabimo kot protitelo

Opis problema

slabo povezovanje je nujno, da lahko majhno steviloprotiteles zazna veliko stevilo moznih tujkov podobnih oblikspominske celice si potem, ko so enkrat ze zaznale tujantigen, zapomnijo kako se braniti pred njim, vendarnocemo, da je to trajnoosnovna nespecificna obramba so zakoni, ki prepovedujejodolocena sporocilaspecificna obramba je kombinacija razlicnih sistemov zapreprecevanje spama.

Opis problema

Delovanje preprecevanja spama

imeti moramo ‘knjiznjico’elementov, za katere vemo, ali sozeljeni ali ne, da jo uporabimo za ucenjev vsakem sporocilu preverimo delez zeljenih in nezeljenihelementov in razvrscamo sporocila glede na mejo, ki smojo dolociliko je sistem naucen, se knjiznica z vsakim novimsporocilom posodablja, njeni elementi pa se lahko tudistarajo, odmirajo ali pa ‘rojevajo’na novo

Zivljenjski cikel elementov knjiznice

El-Ghazali Talbi,Metaheuristics, from design toimplementation, A John Wiley & sons, Inc., Publication(1965) strani 264–270.

Stusek Peter, Biologija cloveka za gimnazije, DZS 2002

http://ima.ac.uk/papers/greensmith2010.pdf

http://eprints.nottingham.ac.uk/621/1/03intros ais tutorial.pdf

http://terri.zone12.com/doc/academic/crossroads/

fakulteta za matematiko in ﬁzikoskreko/pouk/ipo_2010-11/... · speciﬁˇcnih protiteles ponavadi...

Documents