Função de avaliação dinâmica em algoritmos genéticos aplicados na predição de estruturas tridimensionais de proteínas

• Main Author: Ishivatari, Luís Henrique Uchida
• Publication Date: 2012
• Format: Master thesis
• Language: por
• Source: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Download full: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/95/95131/tde-27112012-185423/
• topic: algoritmos genéticos; genetic algorithms; predição de estruturas de proteínas; protein; protein structure prediction; proteínas

O problema de predição de estruturas tridimensionais de proteínas pode ser visto computacionalmente como um problema de otimização, tal que dada a sequência de aminoácidos, deve-se encontrar a estrutura tridimensional da proteína dentre as muitas possíveis através da obtenção de mínimos de funções de energia. Vários pesquisadores têm proposto estratégias de Computação Evolutiva para a determinação de estruturas tridimensionais das proteínas, entretanto nem sempre resultados animadores têm sido alcançados visto que entre outros fatores, há um grande número de ótimos locais no espaço de busca. Geralmente as funções de fitness empregadas pelos algoritmos de otimização são baseadas em campos de força com diferentes termos de energia, sendo que os parâmetros destes termos são ajustados a priori e são mantidos estáticos ao longo do processo de otimização. Alguns pesquisadores sugerem que o uso de funções de fitness dinâmicas, ou seja, que mudam durante um processo de otimização evolutivo, pode aumentar a capacidade das populações fugirem de ótimos locais em problemas altamente multimodais. Neste trabalho, propõe-se que os parâmetros dos termos do campo de força utilizado sejam modificados durante o processo de otimização realizado por Algoritmos Genéticos (AGs) no problema de predição de estruturas de proteínas, sendo aumentados ou diminuídos, por exemplo, de acordo com a sua influência na formação de estruturas secundárias e no seu ajuste fino. Como a função de avaliação será modificada durante o processo de otimização, a predição de estruturas tridimensionais de proteínas torna-se um problema de otimização dinâmica, sendo que o uso de Algoritmos Genéticos específicos para tais problemas, como o AG com hipermutação e os AGs com imigrantes aleatórios são investigados aqui. É proposta uma nova métrica relacionada ao alinhamento da estrutura secundária da proteína, para auxiliar a análise dos dados obtidos e os resultados dos experimentos indicam que os algoritmos com função de avaliação dinâmica obtiveram resultados melhores que os algoritmos estáticos, o que é explicado pelo fato de as mudanças na função de fitness possibilitarem eventuais fugas de ótimos locais, bem como um aumento da diversidade da população.