Multiobjective evolutionary algorithm with many tables to ab initio protein structure prediction

Este trabalho foca o desenvolvimento de algoritmos de otimização para o problema de PSP puramente ab initio. Algoritmos que melhor exploram o espaço de potencial de soluções podem, em geral, encontrar melhores soluções. Esses algoritmos podem beneficiar ambas abordagens de PSP, tanto o modelo ab initio quanto os baseados em conhecimento a priori. Pesquisadores tem mostrado que Algoritmos Evolutivos Multiobjetivo podem contribuir significativamente no contexto do problema de PSP puramente ab initio. Neste contexto, esta pesquisa investiga o Algoritmo Evolutivo Multiobjetivo baseado em Tabelas aplicado ao PSP puramente ab initio, que apresenta interessantes resultados para proteínas relativamente simples. Por exemplo, um desafio para o PSP puramente ab initio é a predição de estruturas com folhas-. Para trabalhar com tais proteínas, foi desenvolvido procedimentos computacionalmente eficientes para estimar energias de ligação de hidrogênio e solvatação. Em geral, estas não são consideradas no PSP por abordagens que combinam métodos de otimização e conhecimento a priori. Considerando somente van der Waals e eletrostática, as duas energias de interação que mais contribuem para a definição da estrutura de uma proteína, com as energias de ligação de hidrogênio e solvatação, o problema de PSP tem quatro objetivos. Problemas combinatórios (tais como o PSP), com mais de três objetivos, geralmente requerem métodos específicos capazes de lidar com muitos critérios. Para resolver essa limitação, este trabalho propõe um novo método para a otimização dos muitos objetivos, chamado Algoritmo Evolutivo Multiobjetivo com Muitas Tabelas (AEMMT). Esse método executa uma amostragem mais adequada do espaço de funções objetivo e, portanto, pode mapear melhor as regiões promissoras deste espaço. A capacidade de lidar com muitos objetivos capacita o AEMMT a utilizar melhor a informação oriunda das energias de solvatação e de ligação de hidrogênio, e então predizer estruturas com folhas- e algumas proteínas relativamente mais complexas. Do ponto de vista computacional, o AEMMT é um novo método que lida com muitos objetivos (mais de dez) encontrando soluções relevantesThis work focuses on the development of optimization algorithms for the purely ab initio Protein Structure Prediction (PSP) problem. Algorithms that better explore the space of potential solutions can in general find better solutions. Such algorithms can benefit both ab initio and template-based PSP, that uses priori knowledge. Researches have shown that Multiobjective evolutionary algorithms can contribute significantly in the context of purely ab initio PSP. In this context, this research investigates the Multiobjective Evolutionary Algorithm based on Tables applied to purely ab initio PSP, which has shown interesting results for relatively simple proteins. For example, one challenge for purely ab initio PSP is the prediction of structures with -sheets. To work with such proteins, this research has developed computationally efficient procedures to estimate hydrogen bond and solvation energies. In general, they are not considered by PSP approaches combining optimization methods with priori knowledge. Only by considering van der Waals and electrostatic, the two interaction energies that mostly contribute to defining a protein structure, and the hydrogen bond and solvation energies, the PSP problem has four objectives. Combinatorial problems (such as the PSP) with more than three objective usually require specific methods capable of dealing with many goals. To address this limitation, we propose a new method for many objective optimization, called Multiobjective Evolutionary Algorithm with Many Tables (MEAMT). This method performs a more adequate sampling of the space of objective functions and, therefore, can better map the promising regions of this space. The ability of dealing with many objectives enables the MEANT to better use information generated by solvation and hydrogen bond energies, and then predict structures with -sheets and some relatively complex proteins. From the computational point of view, the MEAMT is a new method for dealing with many objectives (more than ten) finding relevant solution