идиотип (idiotype)

Системы рекомендаций: искусственные имунные системы и эффект идиотипов

идиотип (idiotype)

Системы рекомендаций:
— Советы от машины
— Холодное начало
— Введение в гибридные системы — Искусственные имунные системы и эффект идиотипов

Читая разные публикации про интеллектуальный анализ данных и системы рекомендаций я случайно наткнулся на один интереснейших подход к реализации таких систем. В его основе лежит концепция искусственной имунной системы (ИИС, Artificial immune system), согласно которой в компьютерной системе реализуются некоторые свойства имунной системы живых организмов, в том числе способность учиться и запоминать. В системах рекомендаций используется модель, которая описывает концентрацию антител, реагирующих на определенный антиген. Особенный интерес представляет так называемый эффект идиотипов (Idiotype), показывающий, что концентрация антител зависит не только от их сходства с антигеном, но и от сходств друг с другом.

Для тех, кто не знаком с биологией, коротко объясню суть дела. Антиген — это вещества, которые при попадании в организм вызывают ответную реакцию имунной системы.

В ответ она вырабатывает антитела, определенный класс белков, которые используются для идентификации и нейтрализации раздражителей. В нашем случае, антиген — это пользователь, а антитела — объекты, с которыми вы его сравниваете.

Чтобы это легче было представить, предлагаю считать, что мы рассматриваем систему коллективной фильтрации, где антителами являются другие пользователи.

Математическое описание

Теперь перейдем к делу. Уравнение, описывающие концентрацию антител, предложил J. Doyne Farmer: где:

mi — сходство между антигеном и антителом i,

xi и xj — концентрация антитела i и j соответственно, y — концентрация антигена,

mij — сходство между антителами i и j,

k1 — коэффициент стимуляции,
k2 — коэффициент подавления,
k3 — коэффициент смертности, N — число антител.

Рассмотрим каждое слагаемое по отдельности:

  • Стимуляция антител вопросов вызывать не должна. Это слагаемое увеличивает концентрацию антитела, если оно подходит к антигену.
  • Подавление антител гораздо более интересно. Именно в этом слагаемом заключается упомянутый ранее эффект идиотипов. Для системы коллективной фильтрации он увеличивает результат, если пользователи, с которыми мы сравниваем нам антиген будут не только схожи с ним, но и мало похожи между собой. Это позволяет составить более разнообразный набор пользователей.
  • Смертность уменьшает результат если абсолютные значения двух первых слагаемых примерно равны. Благодаря ему антитела, которые ни хорошие, ни плохи, отметаются сами собой.

Принципы работы

Алгоритм работы такой системы достаточно прост. 1. Берем из базы данных первое антитело и рассчитываем его концентрацию по описанной формуле. 2.

Результат, очевидно, может быть и позитивным, и отрицательным, если он ниже определенного минимума — отбрасываем антитело и берем следующее.

3.

Продолжаем этот цикл пока не закончатся антитела или система не стабилизируется, то есть если за последние плюс-минус десять итераций результат почти не изменится.

У ИИС есть два основных отличия от других систем рекомендаций:

  • Другой принцип выбора сравниваемых объектов. Если в обычных системах коллективной фильтрации выбираются самые похожие пользователи, то ИИС добавляет еще и эффект идиотипов, благодаря которому конечная подборка получается разнообразнее. Этот эффект можно использовать не только для создания новой подборки, но и для улучшения уже существующих.
  • Сам метод расчета рейтинга другой. Если в обычных системах это просто какой-то коэффициент корреляции, то в ИИС этот коэффициент умножается на полученную концентрацию.

Пример

По просьбе читателей приведу простой пример использования ИИС. Допустим, у нас полученная каким-то методом таблица корреляции пользователей A, B, C и Y.

Наша система работает по принципу коллективной фильтрации, так что нам надо найти двух пользователей похожих на пользователя Y, и использовать их голоса для дальнейшего предсказания голоса пользователя Y.

В этом примере я не буду рассматривать, как мы получили эту таблицу и как мы в дальнейшем используем результат. Рассмотрим только то, как эффект идиотипов повлияет на выбор нужных нам пользователей.

ABCY
A10.20.80.9
B0.210.60.8
C0.80.610.85
Y0.90.80.851

Для обычной системы очевидным выбором станут пользователи B и С, и они будут тоже правы. Посмотрим, что предложит ИИС. Рассчитаем концентрацию для пользователей B и С. Пусть формула будет перед глазами:

Примем k1 = 0.3, k2 = 0.2, k3 = 0.1, y = 1, по скольку нам надо выбрать два пользователя, N = 2. Тогда:

Допустим, принятое нами минимальное значение концентрации равно 0.11. XC в него явно не вписывается, поэтому, нам надо поискать ему замену. Рассмотрим пользователя B:

Как видите, не смотря на то, что его сходство с пользователем Y немного меньше, чем пользователя C, его концентрация заметно больше, так-как B меньше похож на A чем C. Так-как мы заменили пользователя C на B, надо пересчитать и концентрацию пользователя A, так-как она зависит от других пользователей: Рассчитав концентрацию, мы можем соответственно скорректировать сходство пользователей с пользователем Y:

Заключение

По опубликованным результатам тестов ИИС действительно дают более точные результаты, чем другие системы, но причина их успеха не во влиянии какого-то отдельного фактора из рассмотренных выше, а в их взаимодействии. За подробностями советую заглянуть в источники:

1.

Steve Cayzer и Uwe Aickelin “A Recommender System the Immune Network” (pdf)
2. Steve Cayzer и Uwe Aickelin “On the Effects of Idiotypic Interactions for Recommendation
Communities in Artificial Immune Systems” (pdf)
3.

Q Chen и U Aickelin “Movie Recommendation Systems Using An Artificial Immune System” (pdf)

Оригинал на моем блоге

Источник: //habr.com/post/59631/

Изотипы, аллотипы и идиотипы антител

идиотип (idiotype)

Антитела, строение на примере молекул IgG. Изотипы, аллотипы и идиотипы антител. Антиидиотипические антитела. Аутоантитела. Гибридомы и моноклональные антитела.

Особенности формирования первичного и вторичного иммунного ответа.

Биологические функции антител.

Антитела обладают способностью :

– нейтрализовать бактериальные токсины и вирусы, образуя комплекс с антигенами.

– осуществ. опсонизацию фагоцитирующих клеток, увеличивая активность фагоцитоза.

– активируют комплимент по классическому пути.

Они являются основой постифекционного иммунитета антибактериального, антитоксического и антивирусного. Потому что они:

-напрямую повреждают клетки бактерий с комплиментом

– повышают активность фагоцитоза

-нейтрализуют токсины

-непосредственно действуют на свободные вирусные частицы

– участвуют в запуске апоптоза инфицированных клеток.

При первичном иммунном ответе появляются раньше других IgM, к концу болезни исчезают практически. IgG синтезируются позже, но сохраняются дольше. При вторичном ответе они появляются быстро в высоком титре. Обеспечивают защиту плода, т.к. только они проникают через плаценту.

ОТВЕТ: IgG- мономер. мономер– это 4 полипептидные цепи, из которых 2 легкие и 2 тяжелые, соединенные дисульфидными связями.

Тяжелые и легкие цепи в зависимости от расположения в них аминокислот делятся на: С- константную область, который имеет постоянный порядок расположения аминокислот, V-вариабельная имеет многообразие их расположения. При этом легкие цепи имеют два домена: VL-вариабельного и СL- константного. Тяжелые содержат 3-4 домена один VH- вариабельный и остальные константные СH1, CH2. И т.д.

Мономер имеет один раздвоенный конец , в котором два одинаковый Fab- фрагмента. А третий – Fc фрагмент. Область соединения трех фрагментов- шарнирная область.

Fab- фрагмент включает легкую цепь и часть тяжелой.

Вариабельные домены VL и VH расположены на конце и друг против друга и образуют впадину – антигенсвязывающий активный центр (паратоп).

Он имеет гипервариабельные участки, которые комплементарны антигенной детерминанте(эпитопу- это то, что вызвало образование иммуноглобулина т.е. антиген). Это обеспечивает специфичность их связывания.

Fc фрагмент- способен присоединять комплимент, фиксироваться на макроагах и nk- клетках.

Легкие цепи в молекулах иммуноглобулинов представлены 2 изотипами— лямбда и каппа, которые различаются по химическому составу как вариабельных, так и константных участков.

Тяжелые цепи иммуноглобулинов подразделены на 5 изотипов (гамма, мю, альфа, бета, эпсилон), которые определяют их принадлежность к одному из 5 классов иммуноглобулинов: G, M, A, D, Е соответственно. Они отличаются друг от друга физико-химическими особенностями и биологическими свойствами.

Аллотипы – вариации их строения у разных индивидумов. Обусловлены разными аллелями соответствующих генов, чаще константных доменов тяжелых и легких цепей. Выделяют 3 типа: Gm, Km, Am

Изотипы –классы и субклассы иммуноглобулинов, отличающиеся константными доменами цепей (различия классов по тяжелым цепям или изотипы каппа и лямбда легких цепей)

Идиотипы – определяется антигенсвязывающими центрами FаЬ-фрагментов антител, т. е. антигенными свойствами вариабельных участков (V-областей). Идиотип состоит из набора идиотопов— антигенных детерминант V-области антитела. Идиотип является чужеродным для иммунной системы.

На него развивается иммунный ответ. Появляются антиидиотипические антитела, которые специфически реагируют с этим участком. Взаимодействуя с АТ, которые в данном случае выполняют функцию АГ, антиидиотипические АТ снижают иммунный ответ.

Поскольку антиидиотипические АТ соответствуют конфигурации антигена, в перспективе могут быть использованы для создания вакцин.

Антиидиотипические антитела, антиидиотипы— антитела, специфические по отношению к антигенным детерминантам, расположенным на вариабельных участках других антител.

Иными словами, антиидиотипичесике антитела комплементарны определенной конфигурации пептидной цепи в составе другого антитела, в свою очередь комплементарной и конфигурации антигена. Тем самым антиидиотипические антитела химически воспроизводят нужную конфигурацию антигена и могут рассматриваться как имитатор или аналог антигена.

Применение антиидиотипических антител создает принципиально новый подход к получению диагностических и вакцинных препаратов, особенно полезный в тех случаях, когда антигены почему-либо не удается приготавливать из нативного вируса.

Аутоантитела— антитела, способные взаимодействовать аутоантигенами, то есть с антигенами собственного организма. Могут образовываться спонтанно или вследствие перенесенных инфекций

Аутоантитела образуются при аутоиммунных заболеваниях, к которым относятся ревматоидный артрит, рассеянный склероз, системная красная волчанка и т. д

Гибридо́ма — гибридная клеточная линия, полученная в результате слияния клеток двух видов: способных к образованию антител B-лимфоцитов, полученных из селезёнки иммунизированного животного и раковых клеток миеломы.

Слияние клеток производится с помощью нарушающего мембраны агента, такого, как полиэтиленгликоль.

Поскольку раковые клетки миеломы «бессмертны», то есть способны делиться большое количество раз, после слияния и соответствующей селекции гибридома, производящая моноклональные антитела против антигена может поддерживаться долгое время.

Моноклональные антитела — антитела, вырабатываемые иммунными клетками, принадлежащими к одному клеточному клону, то есть произошедшими из одной плазматической клетки-предшественницы.

16. Эффекторные функции антител: антигенспецифическая (нейтрализация патогенов, экзотоксинов), образование иммунных комплексов. Эффекторные функции антител, опосредованные Fc-фрагментом: активация комплемента по классическому пути, комплемент – опосредованный лизис клеток-мишеней, антитела-опсонины, механизмы усиления фагоцитоза, АЗКЦ.

В результате взаимодействия эпитопа антигена с паратопом антитела может образовываться иммунный комплекс с продолжительностью жизни, достаточной для проявления эффекторных свойств иммуноглобуина.

Нейтрализация- прямой эффект антител. Достигается путем связывания и блокирования паратопом иммуноглобулина активного центра биологически активной молекулы ,например, токсина. Этот эффект имеет обратимы характер. На этом принципе основан механизм действия антитоксических, противовирусных иммунных сывороток.

Эффекторные функции антител, опосредованные Fc-фрагментом-непрямые эффекты:

активация комплемента по классическому пути, комплемент – опосредованный лизис клеток-мишеней:образуется комплекс антиген-антитело, в результате которого происходит конформационное изменение Fc фрагмента антител. К этому измененному фрагменту прикрепляется фрагменты С1 компонента комплемента.

Это приводик к активации всего компонента С1. Затем образуется сложный комплекс из антиген-антитело-С1С4С2. После присоединяется и активируется С3. После этого комплекс может связываться с различными клетками, особенно с макрофагами. Это явление опсонизации. Результат- формирование мембраноатакующего комплекса.

Разрушаются клетки(это и есть комплимент-опосредованный лизис)

В сыворотке имеются антитела, стимулирующие фагоцитоз и действующие на бактерий. Эти антитела были названы опсонинами. Антитела — опсонины — действуют только в присутствии комплемента.

Источник: //studopedia.su/20_44080_izotipi-allotipi-i-idiotipi-antitel.html

Ваш Недуг
Добавить комментарий