نظری? جدید نمونه برداری و یا حس گری فشرده، در پی تلفیق فرآیند نمونه برداری و فشرده سازی با یکدیگر است و نشان می دهد که در مورد سیگنال هایی با شرط خاص تُنُک بودن، فرآیند اخذ و فشرده سازی داده، با نرخی به مراتب کمتر از نرخ نایکوئیست امکان پذیر است. در این فرآیند، هر اندازه گیری، ترکیب خطی نمونه های سیگنال است. شرایط بازسازی کامل مربوط به نحو? انجام این اندازه گیری ها، ویژگی های ماتریس اندازه گیری، میزان تنک بودن سیگنال و روش های بازیابی، از جمله مسائل موجود در این مسئله هستند. در برخی از شرایط، به دست آوردن n نمونه گسسته از روی سیگنال پیوسته، مشکل و یا غیرمقدور می باشد. در این مواقع طراحی یک سیستم نمونه برداری فیزیکی که مستقیماً با نرخ کم، اندازه گیری نمونه های ناهمدوس را از روی سیگنال آنالوگ انجام دهد، کارگشا خواهد بود. یکی از این شرایط، کار با سیگنال های فرکانس بالاست که محدودیت های سخت افزاری در ساخت مبدل های آنالوگ به دیجیتال (adc) فرکانس بالا، زمینه را برای استفاده از راه کاری مانند روش cs فراهم می کند چرا که در بسیاری از موارد، سیگنال در تمام پهنای باند مورد استفاده قرار ندارد و در هر لحظه تنها در بخشی از طیف فرکانسی گسترده شده است. شاخه جدیدی از روش نمونه برداری فشرده که از بحث کوانتش در این روش منشعب شده است، روش نمونه برداری فشرده یک بیتی است که در آن داده های به دست آمده از ترکیب خطی نمونه ها، تنها با یک بیت، به صورت مثبت و یا منفی کد می شوند و سیگنال اولیه از روی این دنباله از یک و منفی یک و با کمک اطلاعات ماتریس های نمونه برداری و اندازه گیری بازیابی می شود. ویژگی یک بیتی بودن این داده ها، علاوه بر مبحث فشرده سازی، مزیت بزرگی را فراهم می کند و آن امکان استفاده از یک مقایسهگر ساده به جای مبدل های آنالوگ به دیجیتال با دقت بالاست. مقایسهگرها علاوه بر سادگی و قیمت کمتر، سرعت بیشتری جهت نمونه برداری از داده ها فراهم می کنند و در نتیجه امکان نمونه برداری از بازه وسیع تری از طیف فرکانسی میسر می گردد. در این پروژه از این روش جدید در جهت بازسازی سیگنال هایی مشابه با سیگنال های راداری با طول و فرکانس تصادفی که در بازه فرکانسی وسیعی توزیع شده اند استفاده می کنیم. نمایش سیگنال بازسازی شده در حوزه زمان- فرکانس امکان استخراج ویژگی های سیگنال را فراهم می کند.

هدف نهایی از رویکرد زیست شناسی سامانه ها یافتن ارتباط میان خصوصیات فنوتیپی و ویژگی های دینامیک اجزای تشکیل دهنده همانند متابولیت های اولیه و ثانویه و مسیرهای متابولیکی و ژنتیکی مرتبط با آنها است . این ارتباط از اندام تا اجزای مولکولی بصورت سلسله مراتبی وجود داشته و باعث حفظ پیوستگی و عملکرد موجود زنده میگردد. شبکه در حالت کلی مجموعه ی اجزای تشکیل دهنده ی واحد موردنظر و واکنش های مرتبط برای تبدیل اجزا به هم را در نظر میگیرد و ارتباط کمی و کیفی میان زیرمجموعه های مختلف را بررسی می نماید. مثلا یک شبکه متابولیکی که مجموعه ای از واکنش های بیوشیمیایی است و یا ژن ها و شبکه ی تنظیمی مربوط به آن و یا شبکه ی برهم کنش های پروتئین پروتئین .حالت های مختلف سامانه ها توسط اجزای تشکیل دهنده و شار واکنش ها تعیین میشود که در بعد کمی به ضرایب استکیومتری و توپولوژی شبکه واکنش ها مربوط میشود . استواری یکی از مشخصات خاص سیستم های بیولوژیکی است و به نظر میرسد جنبه ی بنیادین سیستم های پیچیده ای باشد که قابلیت تغییر دارند. خصوصیات مشترکی میان ارگانیسم های بیولوژکی و سیستم های مهندسی پیچیده وجود دارد. ویژگی های ذاتی استواری با بوجود آمدن خصوصیات معماری خاصی در سیستم نهادینه میشوند. میان استواری، فروپاشی، عملکرد ارگانیسم و تقاضای منابع رابطه ای وجود دارد که رفتار سیستم را توضیح میدهد که شامل الگوهای شکست شبکه نیز هست. نگرش درست به مشخصات درونی یک سیستم پایدار به ما کمک خواهد کرد تا درک بهتری از بیماری های چند عاملی بدست آورده و اصولی برای طراحی درمان تعریف نماییم . علاوه بر آن استواری به سیستم کمک می کند تا در برابر آشوب ها و جهش ها ساختار و عملکرد خود را حفظ کند. این پدیده در میان تمام گونه ها از سطوح ژنی تا سطوح سیستماتیک هوموستئاز مشاهده شده است. به عنوان مثال باکتری در برابر طیف گسترده ای از سموم در غلظت های مختلف پایداری نشان میدهد و قابلیت تطبیق با محیط مستقل از غلظت های لیگاندی برای آن وجود دارد. در این پژوهش با الهام از تئوری نفوذ با رویکرد حذف باند، واکنش های شیمیایی شبکه متابولیکی که ستون های ماتریس استکیومتری را تشکیل میدهند، در معرض جهش های حذفی تصادفی قرار می گیرند و فرآیند تا رسیدن شبکه متابولیکی مدل مورد نظر )گونه منتخب( به فروپاشی و عدم کارایی شبکه ادامه پیدا می کند. آستانه ی فروپاشی بصورت عدد استواری شبکه متابولیکی محاسبه شده و معیار مقایسه میان شرایط زیستی و محیطی گونه ی مورد آزمایش و تحمل شبکه متابولیکی در برابر جهش های داخلی و آشوب های خارجی خواهد بود.چهارده مدل کامپیوتری ژنوم مقیاس شامل یوکاریوت ها و باکتری ها با شرایط رشد و تکثیر متفاوت انتخاب شده و تحت - فرآیند حذف های تصادفی شبکه متابولیکی قرار گرفتند. نتایج حاکی است گونه هایی که برای رشد و تکثیر نیازمند محیط های با شرایط خاص هستند نسبت به مدل های یوکاریوتی و مدل های با پراکندگی زیاد و شرایط آزاد رشد و تکثیر، استواری متابولیک کمتری داشته و در برابر جهش ها بسیار آسیب پذیر تر عمل می کنند. این فرآیند می تواند الهام بخش مقابله با گونه های پاتوژن و یا حداکثر کردن بازده تولید در صنایع پزشکی و یا بیوتکنولوژی باشد چرا که با شناخت مسیرهای مختلفی که قادر به افزایش و یا کاهش کارایی متابولیک گونه هستند، دست ورزی و اعمال تغییرات در آنها تسهیل خواهد شد. در فصل اول به بحث در مورد پیشینه ی زیست شناسی سامانه ها و اهمیت بررسی سیستماتیک ساختارهای زیستی می - پردازیم و همچنین اشاره ای به ارتباط بیوانفورماتیک و زیست شناسی سامانه ها خواهیم داشت. استواری زیستی و انواع مکانیسم های ایجاد استواری در ساختارهای زنده موضوع بعدی بحث در فصل اول خواهد بود. فصل دوم به معرفی بنیان نظری آزمایش و تعریف کلی از آنالیز همراهی شارها fca می پردازد. تئوری نفوذ و روش انجام آن در پژوهش حاضر نیز در ادامه معرفی می شود. مدل های کامپیوتری منتخب را معرفی نموده و با برنامه ی کبرا تولباکس آشنا خواهیم شد. در فصل سوم جدول نتایج ارئه شده و در ادامه به بحث در مورد نتایج حاصل خواهیم پرداخت. برای تایید نتایج حاصل روش فوق با آزمایش آنالیز تعادل شارها fba نیز مورد آزمون قرار گرفته و تایید شده است.

برهم کنش های پروتئین-پروتئین در بسیاری از فرآیندهای سلولی نقش مهمی ایفا می کنند. بنابراین شناسایی، پیش بینی و تحلیل برهم کنش های پروتئین-پروتئین در حوزه زیست مولکولی مهم می باشد. روش های آزمایشگاهی که به این منظور طراحی گردیده اند بسیار پرهزینه، پر زحمت و وقت گیر می باشند. به همین دلیل نیاز به روش های محاسباتی برای بررسی برهم کنش های پروتئین-پروتئین روزانه افزایش می یابد. از این رو، هدف اصلی این پژوهش پیش بینی برهم کنش های پروتئین-پروتئین با استفاده از ساختار اول پروتئین ها و ژنوم مربوطه می باشد. با استفاده از support vector machine (svm) و ensemble of extreme learning machines (e-elm) ویژگی های عددی مختلفِ توالی پروتئین ها و توالی ژن های کد کننده پروتئین ها بررسی شدند. این ویژگی ها شامل اتو کوواریانس (ac)، ویژگی سه تایی پیوسته (ct) و تفاوت فراوانی جفت کدون ها (ccppi) می باشد. نتایج نشان دادند که ویژگی تفاوت فراوانی جفت کدون ها، که از توالی ژن ها استخراج شده بود، حاوی اطلاعات بیشتری نسبت به بقیه ویژگی ها برای پیش بینی برهم کنش های پروتئین-پروتئین می باشد.

در این تحقیق شبکه متابولیکی ژنوم-مقیاس باکتری باسیلوس لیکنی فرمیس با الگوبرداری از مدل شبکه متابولیکی باکتری باسیلوس سابتیلیس و همچنین داده های پایگاه kegg، مدل سازی شد. مدل ایجاد شده نهایی دارای 1324 متابولیت و 1277 واکنش است. به منظور ارزیابی مدل ساخته شده، ابتدا شرایط کشت باکتری باسیلوس لیکنی فرمیس بر مبنای محیط حداقلی m9 در مقیاس فلاسک با استفاده از روش آماری تاگوچی بهینه سازی شد. سپس در شرایط بهینه میزان رشد باکتری با غلظت های مختلف گلوکز به عنوان منبع کربن اندازه گیری شد. در ادامه نتایج حاصل از پیش بینی مدل ساخته شده درخصوص شار واکنش تولید زیست توده با نتایج آزمایشگاهی نرخ رشد باکتری باسیلوس لیکنی فرمیس مقایسه شدند. برای اندازه گیری میزان شار قند مصرفی، ابتدا فرایند کشت پیوسته باکتری باسیلوس لیکنی فرمیس با استفاده از یک فرمانتور 2 لیتری برقرار شد. سپس در سرعت های رقیق سازی مختلف، از طریق اندازه گیری میزان گلوکز باقی مانده در خروجی و مقدار اولیه آن در ورودی فرمانتور شارهای مصرف گلوکز به ازای گرم وزن خشک سلول تولید شده محاسبه شد. از مقایسه نتایج به دست آمده در آزمایشگاه برای نسبت قند مصرفی به میزان رشد و مقایسه این نتایج با پیش بینی های مدل شباهت قابل توجهی بین این مقادیر مشاهده شد که نشان می دهد مدل ساخته شده با دقت نسبتا مناسبی میزان رشد باکتری باسیلوس لیکنی فرمیس را در غلظت های مختلف گلوکز به عنوان منبع کربن پیش بینی می کند. در ادامه با استفاده از آنالیز optknock از مدل ساخته شده، برای پیشنهاد ژن های کاندیدا جهت حذف و افزایش تولید 2و3 بوتان د ی اُل استفاده شد. در این آنالیز 2 ژن جهت حذف پیشنهاد شد که در صورت حذف آن ها میزان شار ورودی به مسیر تولید 2و3 بوتان د ی اُل 31% افزایش خواهد یافت.