Применение теории графов в биологии и медицине

Картинка

Сети заболеваний человека

Современная система классификации заболеваний человека была основана в конце девятнадцатого века из наблюдений корреляций между анализом патологий и клиническими синдромами и в значительной степени зависела от искусства определения синдромного фенотипа. В течение двадцатого века эта процедура стала более объективной, поскольку стала опираться еще и на молекулярно-биологические диагностические тесты. Тем не менее, эта классическая диагностическая схема имеет недостатки, признаваемые многими специалистами как из-за отсутствия точности в выявлении доклинической стадии заболевания, так из-за отсутствия специфичности при попытках определить заболевание однозначно. Однако, последние успехи молекулярной биологии дают возможность современной медицине диагностировать заболевания гораздо более точно.

В качестве примера можно привести недавние исследования, которые показали, что если у человека одна из аллелей содержит ген FTO, то у этого человека риск ожирения возрастает на 30% , а если этот ген содержится в обеих аллелях, риск ожирения возрастает до 67%. Такая связь между геном FTO и ожирением может служить примером сильной прямой связи между генотипом и фенотипом. При этом избыточный вес оказывается тесно связанным такими заболеваниями, как сахарный диабет, астма и другими. Недавно Кристакис и Фаулер изучив данные многолетних медицинских наблюдений различных социальных групп в одном из районов штата Массачусетс (США), обнаружили, что социальные связи различной природы оказывают на возникновение избыточного веса не меньшее влияние, чем генетические факторы. Например, вероятность того, что если друг вашего друга достаточно хорошо знаком с человеком с избыточным весом, он сам наберет избыточный вес, на 20% выше, чем в социальных сетях со случайными связями между людьми. Было показано, что ожирение подобно инфекциям распространяется по социальным сетям.

В настоящее время имеется множество данных, в которых устанавливаются связи между заболеваниями в виде сетей. Например, Rzhetsky et al установили связи между 161 сопутствующими друг другу заболеваниями на основе данных взятых из истории болезней полутора миллиона пациентов по программе Medicare . Hidalgo et al построили сеть фенотипических признаков заболеваний используя данные о сопутствующих друг другу болезнях более 30 миллионов пациентов , показав, симптомы не только по-прежнему являются решающим фактором правильного клинического диагноза и успешного лечения, но и важнейшим ресурсом для теоретического анализа.