基于Neo4j图数据库的蛋白质结构域知识图谱的构建与应用

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蛋白质结构域作为蛋白质的基本单位,过去二十年中,相关的功能预测以及数据库的不断建立和完善,已为生物医药工作者提供了诸多有价值的信息,在药物设计,抗体治疗,疾病预测等领域有着重大意义与价值。然而,由于生物数据的复杂性、多样性,以及结构域之间概念和联系的复杂性,利用现有研究文献和关系型数据库难以了解结构域之间的复杂关系,进而进行更深入的研究。为解决此问题,创新地提出了通过整合公开的生物信息数据库pfam和Uniprot中的蛋白质结构域相关数据,并根据结构域之间的复杂关系进行知识建模,从而实现蛋白质结构域之间复杂关系的研究与分析。通过py2neo组件连接Neo4j数据库,构建蛋白质结构域的知识图谱。同时,以构建的蛋白质结构域知识图谱为基础,搭建一个蛋白质结构域的信息化平台,为相关研究者提供蛋白质结构域的实体关系基本查询,以及三项复杂分析查询。其中包括按结构域的组合方式进行分类的五类结构域情况、结构域的常见组合方式和特定组合方式,以及结构域关系网络中的重要结构域节点情况。构建的蛋白质结构域知识图谱由50万个实体和200万个关系组成,用于表示相关的结构域关系、公开数据库中的结构域信息和结构域蛋白质之间的复杂关系,填补了该领域知识图谱的空白。搭建的信息平台能够通过实体关系图将结果更清晰的呈现给用户,同时解决了现有关系型数据库无法获取多结构域之间关系问题,实现了生物研究者关心的结构域组合情况的分析查询。
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