DNA自组装与信息存储

脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic acid, DNA)作为未来数据的存储介质具有巨大的潜力.近年来,DNA自组装技术发展迅速,其中DNA折纸(origami)和DNA瓦片(tile)设计及组装技术已经实现了纳米结构的原子级精度.DNA自组装纳米结构因其具有空间可寻址性、可编程性等优点,为基于DNA自组装的信息存储提供了发展平台.文章综述了基于DNA自组装技术的两种组装模型及DNA信息存储领域的发展现状,总结了当前基于DNA单链、DNA origami和DNA tile的信息存储,概述了当前基于DNA的信息存储领域中面临的挑战,并展望了DNA自组装及其在信息存储领域的应用前景.     

0-1整数规划问题的DNA四面体步行者计算模型

DNA折纸术是一种新型的自组装方法,广泛应用于DNA计算中。基于DNA折纸术设计了一个DNA四面体步行者,并将DNA四面体步行者应用于求解0-1整数规划问题。通过DNA四面体步行者的行走,来找出所有可能解。最后,通过DNA四面体步行者所携带的纳米金颗粒的个数来判断是否是0-1整数规划问题的可行解。该模型求解错误率低,具有很强的可控性和实用性。     

DNA Tile计算简述

自1953年Watson和Crick首次提出DNA双螺旋结构以来,DNA作为遗传物质、信息载体和纳米材料被广泛研究,并成为多个领域的研究对象,如基因工程、DNA酶、生物信息学、信息存储、DNA纳米技术等.DNA作为一种天然的纳米材料,具备自组装的能力(A-T、C-G),使其在纳米结构领域成为备受瞩目的材料之一.以DNA构建的纳米结构形态不一,其构建的方法则主要分为两种:DNA Tile和DNA折纸.文章主要阐述DNA Tile的发展历程及其在纳米结构构建领域的应用,并着重介绍DNA Tile在计算领域的广泛应用.     

DNA折纸术在0-1整数规划问题中的应用

DNA折纸术是自组装在纳米技术方面的应用,具有构造几乎任何复杂二维纳米级图形的能力。文中将DNA折纸术应用于求解0-1整数规划问题,构造约束条件中变量的特殊DNA链,使其与初始数据池中的DNA链发生杂交反应形成二级结构。根据反应后DNA链长度不同的特点,用凝胶电泳操作分离出不满足条件的DNA链,从而得到问题的解。与以往的DNA计算模型相比,该模型的并行性得到了大幅度的提高,通过逐步缩小解空间,减少了实验操作的复杂度,可以解决变量更多、更为复杂的0-1规划问题。     

基于“DNA折纸术”设计图着色问题的解决方案

色数是图论中的一个重要的参数,其属于著名NP(Non-deterministic Polynomial)-完全问题范畴.巨量的着色方案使验证变得相当困难,以至于在传统计算机上无法实现.目前已经有多种算法用于研究图定点着色问题,比如遗传算法,粒子群算法,神经网络算法和模拟退火算法等.随着DNA自组装技术与DNA计算机研究的展开,一些NP-完全问题以及NP-难问题的计算模型被相继提出.除了传统的DNA分子结构被用作计算材料外,其他的DNA分子结构也被用于分子生物计算,比如质粒DNA分子、分子信标结构以及DNA Tile等.采用DNA纳米折纸结构编码信息,借助于纳米结构之间的粘性末端进行自组装,给出了一种非确定性的图着色模型.通过创建数以亿计的参与计算的DNA纳米折纸结构,该算法可以并行的测试每种可能的着色方案.     

关于几类DNA标号图和DNA图的结果

在分子生物学中,DNA链的杂交测序的计算和重构阶段可用DNA图作为数学模型,因此,DNA图得到广泛的研究^[1.2]．为了读取DNA序列,Blazewicz等人提出了可（α,k）-标号有向图的概念,并称有向图D是DNA图,如果D是可（4,k）-标号的．2008年,原军等证明了可（α,k）-标号的有向路和有向圈的充要条件．本文证明了有向路和有向圈可（α,k）-标号的一个性质,并利用有向线图的理论证明了本文所指的伪二部单向完全图D0（A,B）、k部广义路P（V0,V1,…,VK-1）、k部广义圈C（V0,V1,…,Vk-1）以及k部广义树T（V0,V1,…,Vk-1）均是DNA标号图．进而给出并证明了二部单向完全图D（V1,V2）和k部广义路P（V0,V1,…,Vk-1）为DNA图的充要条件．     

用改进的CTAB法提取肉苁蓉基因组DNA

研究了肉苁蓉(Cistanche deserticola)基因组DNA的分离提取方法.由于肉苁蓉组织内含有大量的多糖类及蛋白等物质,严重干扰DNA的抽提,在对其进行若干预处理之后,采用改进的CTAB法提取基因组DNA.根据外观、琼脂糖凝胶电泳检测、D260/D280的测定和PCR扩增表明,用改进的CTAB法提取肉苁蓉基因组DNA,所得DNA无论是纯度还是完整性都比较好,可以直接用于RAPD反应体系.     

基于DNA序列的信息隐藏

研究了以DNA序列为载体的信息隐藏,提出了一个信息隐藏算法.该算法首先将秘密信息经预处理、编码、调制变成一维随机DNA序列;然后由一个随机数序列决定隐藏信息在载体的高复杂性区域的位置;最后在隐藏信息的位置,秘密信息字符替代载体字符.由该算法实现的信息隐藏既具有一定的稳健性和安全性,又符合生物学意义.实验结果也证明了该算法的有效性.     

快速DNA折纸术

DNA折纸术是近年来提出的一种全新的DNA自组装的方法,它通过一条长的DNA单链与一系列经过设计的短DNA片段进行碱基互补,能构造出很复杂的纳米图案或结构。这项技术在新兴的     

杜氏藻DNA酶活性比较研究

杜氏藻(Dunaliella,常称盐藻)是一属耐高盐度的单细胞绿藻,生长迅速,不具纤维素细胞壁,是基因工程潜在的DNA(基因)受体,而其DNA酶活性高低是衡量能否作为受体细胞的重要指标,越低越好。本研究中,DNA酶指能降解DNA的多种酶的总称。 采用三聚乙醛-二苯胺法分别测定了杜氏藻属6个种的DNA酶活性。从测定结果(Tab.1)看出,杜氏藻细胞的DNA酶活性偏低,并且不同种之间存在明显差异。其中D.minuta,     

DNA机器人

或许未来数十年后，成群的DNA机器人能够用来探寻人体病变的信号。 在纽约某个化学实验室的高脚杯里，有只“蜘蛛”正在利用“折纸工艺”铺筑的“轨道”上蹒跚前行。此“蜘蛛”其实是用DNA——即指挥合成蛋白质的双螺旋链条“编写”而成的微型机器人。     

基于4D表示的DNA序列分析方法

基于DNA序列4种核苷酸的物理化学性质,考虑相邻两个碱基组合形式,提出一种新的DNA序列4D表示.基于这种表示,可以把DNA序列简化成4D空间的一系列点,根据点坐标抽取序列数值特征,再根据数值特征给出方法对DNA序列进行相似性分析.以10个不同物种的a-球蛋白基因的第一个外显子碱基序列的为例子,说明基于4D表示的DNA序列分析方法是有效的.     

DNA芯片在最短公共超串问题中的应用

DNA芯片技术是近年来生命科学与信息科学的新兴研究领域,其突出特点在于它的高度并行性、多样化、微型化以及自动化.最短公共超串问题是计算机科学中的NP-完全问题.笔者在DNA计算和DNA芯片基础上,提出了基于DNA芯片解决最短公共超串问题的DNA计算新模型.该模型可对信息高度并行获取,并且具有操作易自动化的优点.     

从石蜡包埋的皮肤组织中提取核酸的两种脱蜡方法比较

探讨从石蜡组织中提取核酸的简便、实用方法,比较两种脱蜡方法对DNA质量的影响.取收集的20例包埋好的银屑病皮损组织,分别用二甲苯和TES溶液脱蜡、酚-氯仿提取,然后检测DNA的浓度及纯度,并用PCR扩增方法检测哪种脱蜡方法对提取DNA更有优势.结果表明,用TES溶液脱蜡提取DNA的D260/D280=1.6～1.8的比例为60%,而二甲苯脱蜡的比例为35%.从实用、快速和经济的角度综合考虑,TES溶液脱蜡、酚-氯仿提取是值得推荐的石蜡组织DNA提取方法.     

水溶性高分子金属卟啉络合物的合成及其与DNA作用的研究

利用荧光探针技术和圆二色谱等分析手段对两种水溶性高分子金属卟啉络合物同DNA的作用进行了初步研究．实验表明,所合成的高分子金属卟啉络合物在同DNA作用时存在有嵌入模式,金属卟啉络合物大的平面环疏水结构和亲水性基团的引入促进了这种作用．     

天麻DNA分子的克隆与鉴定及其生物信息学分析

运用随机扩增多态性DNA（RAPD）技术测定天麻DNA指纹图谱,从中选择需要的特异DNA片段．经过DNA回收、克隆与鉴定,获得目的DNA阳性克隆．通过DNA测序和生物信息学分析确定目的DNA的新颖性及其所含的生物信息．应用PCR技术研究了该DNA序列在天麻种群中的分布．结果表明,该DNA序列是新发现的,而且含有丰富的生物学信息,值得进一步研究．本研究成果为天麻基因组DNA的开发与利用提供了科学依据,可应用于天麻种群的遗传分类,对其他经济植物包括药用植物的相关研究具有借鉴意义．     

DNA序列作为信息隐藏载体的研究

研究了DNA序列能否成为信息隐藏的载体.通过对DNA序列进行分析证实了:由于核苷酸序列中有强的随机噪声,DNA序列可以作为信息隐藏的载体;进而通过对DNA序列特征进行分析,提出了一个嵌入对策:秘密消息嵌入非编码区的高复杂度区域有很好的安全性.该文的研究对提出以DNA序列为载体的信息隐藏算法具有重要的指导作用.     

抗癌药物放线菌素D及其新类似物体外DNA结合特性研究

以 CD及 UV光谱研究了放线菌素 D及新合成的两个新类似物体外与小牛胸腺 DNA的结合特性 ,并与以往报道的 3种化合物抗肿瘤活性研究结果进行了比较 .结果显示 ,测试的 3种化合物体外与 DNA结合能力的大小与体内抗肿瘤活性之间存在平行关系 .     

基于聚合酶链置换反应的2D-LASM混沌文本加密算法

针对现有的基于DNA序列进行信息加密算法中没有涉及到DNA计算中化学反应这一问题,提出了基于聚合酶链置换反应的2D-LASM混沌映射文本加密算法.该算法将混沌映射产生的伪随机序列和明文信息进行异或操作,然后转换成DNA序列;随后再将DNA序列进行聚合酶链置换反应得到新的DNA序列.对新的DNA序列进行解码,得到密文.最后对该算法的密钥空间进行分析,可知该算法具有较好的加密效果.     

折纸与数学

《折纸与数学》通过文字、符号和图形,介绍了折纸几何学的7个基本公理,并举例说明了折纸基本公理的操作过程,给出了折纸的基本性质。用A4纸和正方形纸,使用统一的折纸操作语言,按照“折一折”、“想一想”、“做一做”的步骤,给出了平面基本图形的折叠方法,讨论了正方形、长方形和“黄金比例”长方形的折叠过程及相关数学问题。