系统生物学与医学中的状态分配问题：论状态相互作用网络拓扑的重要性

医学和生物学中的一个基本问题是将状态（例如健康或患病）分配给细胞、器官或个体。状态分配或做出诊断通常是一个非平凡且具有挑战性的过程，并且随着组学技术的出现，诊断挑战变得越来越严峻。挑战不仅在于系统（例如细胞或人体）的测量属性和动态数量的增加，还在于多种状态的共同演化和属性的重叠，以及状态的简并性。我们从第一性原理出发，开发了细胞生物学和医学中状态分配的通用理性框架，并通过医学诊断中几个简单的理论案例研究展示了其适用性。我们展示了如何利用疾病相关统计信息来构建综合模型，该模型包含临床和实验室发现（体征）与疾病之间的相关依赖关系。特别地，我们包含了疾病-疾病和体征-体征相互作用。然后我们研究如何推断具有给定体征的患者患某种疾病的概率。我们进行与简单基准模型的比较分析以检验我们模型的性能。正如我们所展示的，这种第一性原理方法能够构建共识诊断流程图，并促进疾病的早期诊断。此外，我们预想我们的方法将在系统生物学中找到应用，特别是在通过代谢组、蛋白质组、转录组和基因组表征表型组方面。