NTSHMDA: Prediction of Human Microbe-Disease Association based on Random Walk by Integrating Network Topological Similarity

随机游动 相似性(几何) 联想(心理学) 拓扑(电路) 计算机科学 计算生物学 人工智能 数学 生物 心理学 统计 组合数学 图像(数学) 心理治疗师
作者
Jiawei Luo,Yahui Long
出处
期刊:IEEE/ACM Transactions on Computational Biology and Bioinformatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:: 1-1 被引量:52
标识
DOI:10.1109/tcbb.2018.2883041
摘要

Accumulating clinic evidences have demonstrated that the microbes residing in human bodies play a significantly important role in the formation, development, and progression of various complex human diseases. Identifying latent related microbes for disease could provide insight into human disease mechanisms and promote disease prevention, diagnosis, and treatment. In this paper, we first construct a heterogeneous network by connecting the disease similarity network and the microbe similarity network through known microbe-disease association network, and then develop a novel computational model to predict human microbe-disease associations based on random walk by integrating network topological similarity (NTSHMDA). Specifically, each microbe-disease association pair is regarded as a distinct relationship level and, thus, assigned different weights based on network topological similarity. The experimental results show that NTSHMDA outperforms some state-of-the-art methods with average AUCs of 0.9070, 0.8896 $\pm$ ± 0.0038 in the frameworks of Leave-one-out cross validation and 5-fold cross validation, respectively. In case studies, 9, 18, 38 and 9, 18, 45 out of top-10, 20, 50 candidate microbes are verified by recently published literatures for asthma and inflammatory bowel disease, respectively. In conclusion, NTSHMDA has potential ability to identify novel disease-microbe associations and can also provide valuable information for drug discovery and biological researches.

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