自组装DNA/纳米颗粒分子逻辑计算模型

将AuNP 自组装聚合色变与DNA 计算相结合, 构建了纳米分子逻辑计算模型. 使用了DNA 自组装、DNA/AuNP 结合和AuNP 聚合色变等关键技术方法. 利用DNA 自组装结构变化,通过DNA/AuNP 聚合色变反应, 实现了简单逻辑运算功能. 在此基础上, 构建了求解简单集合运算的DNA/AuNP 计算模型, 对多重输入的简单集合运算进行了逻辑运算. 最后, 进一步拓展该分子逻辑运算模型的应用, 结合分子检测技术, 对H1N1 病毒基因进行检测.     

基于线性自组装的DNA减法模运算

使用线性自组装方法, 提出了两个非负二进制整数减法模运算的DNA算法. 对于两个表示为n位的二进制数A与B, 算法给出A-B在模2n情况下的运算结果. 算法中包含反应被减数与减数大小关系的扩展借位信息, 从而在计算前不必对A与B的大小关系进行预分类. 结果反应链中包含运算结果、每一步借位信息、参与运算的数值、判断被减数与减数大小的标志位等信息. 算法充分利用DNA反应的并行特性, 在给定两个被减数集与减数集时, 可进行两个集合的减法模运算的并行计算. 算法的可行性基于已知的DNA算法实验. 算法具有良好的自发反应特性, 避免了人工操作随运算数值位数增长的情况, 对于计算位数n, 在本算法中参与反应的单链库规模为O(n), 生物操作复杂度为常数.     

基于分子瓦自组装的DNA纳米管的制备与表征

利用DNA分子自组装技术可以构建从一维到三维不同形状的纳米结构,并且这些结构在微纳米电子学、纳米生物学等众多领域有许多潜在的用途.本文利用DNA分子瓦(tile)自组装技术,采用双交叉(DX)DNA分子瓦成功组装了一维DNA纳米管结构,聚丙烯酰胺凝胶电泳(native-PAGE)、透射电子显微镜(TEM)、荧光显微镜和原子力显微镜(AFM)对制得的DNA纳米管结构进行了表征,结果表明,组装成功的DNA纳米管直径在7～20nm之间,长度最长可以达到50μm以上.为了结构更加稳定,对分子瓦中每条DNA单链的5′末端进行磷酸化处理,自组装完成后利用T4DNA连接酶连接磷酸化修饰的DNA纳米管的缺口.AFM结果显示,使用T4DNA连接酶处理后的DNA纳米管更能保持完好的管状结构,表明连接处理后的DNA纳米管更加坚固,促进了DNA纳米管应用于微纳米领域的研究.     

自组装DNA链置换分子逻辑计算模型

将DNA自组装与链置换技术相结合,构建了DNA分子逻辑计算模型.通过输入DNA信号链,经特异性识别和链置换,自组装初始结构发生变化,并释放特定信号分子或结构作为输出.计算模型能通过DNA自组装结构电泳迁移率的改变输出计算结果.计算系统在室温下可自动触发、混合输入信号以及并行置换.另外,本模型中引入了单极和双极两种置换模式设计,其还具有并行信息处理和模块化组装等特点.最后经实验验证,通过输入特异性DNA分子链置换,该计算模型能正确输出逻辑计算结果.     

粘贴DNA计算机模型(Ⅱ): 应用

经典的粘贴DNA计算模型采用单、双链混合型DNA分子编码, 其生物操作具有无需DNA链的延伸、无需生物酶以及DNA链可重复使用等优点, 已经受到不同学科学者的关注. 在经典模型的基础上, 进行一定的扩展与完善, 必对DNA计算机的研究有良好的贡献. 基于此, 对粘贴DNA计算机模型进行了较为深入的研究: (1) 提出了基于粘贴模型的矩阵表达模型; (2) 对经典粘贴模型应用于图与组合优化等方面的研究成果给予综述, 诸如集合覆盖问题、图的顶点覆盖问题、图的Hamilton路与圈问题、图的团与独立集问题、图的生成树与Steiner树问题等; (3) 给出了基于粘贴模型的图的同构问题的算法.     

单链RNA(DNA)分子的最大碱基配对折叠结构的预测

天然RNA为单链分子,现有的X-光衍射分析证明:单链RNA分子能通过自身的回折使可以彼此配对的碱基(主要是碱基A和U,G和C的配对)以氢键相连而折叠成部分双螺旋结构,而彼此不能配对的碱基则形成部分突环区,由此单链RNA分子可以形成部分螺旋和部分突环相间排列的高级结构。本文报道了借助于TRS-80微型机和拓扑平面图的最大匹配处理方法而预测这些单链RNA或DNA分子所具有的最大碱基配对数构象最二级结构。     

基于序列信息高度集成的长单链DNA自组装及制备

DNA折纸术(DNA origami)是DNA纳米自组装的一种主流方法,通常1条DNA主链在成百上千条合成的DNA短链辅助下,通过碱基互补配对原则折叠并锁定生成所设计的纳米结构.单链DNA折纸术(single-stranded DNA origami,ssDNA origami)是传统DNA折纸术的一种进化和衍生,它摒除了传统折纸术对众多短序列的需求,通过高度集成序列信息至1条长单链DNA中,实现了由1条DNA序列自组装成复杂可控的纳米结构.由于体系中不存在过量的短DNA链杂质,并且同样可以顺利移植成单链RNA折纸术,单链DNA折纸术较传统DNA折纸术可能具备更好的生物和材料应用前景.本文概括了长单链DNA自组装的研究进展,总结了几种常用的长单链DNA制备的方法,并展望了该技术的应用前景.     

DNA纳米技术进展

<正>DNA分子是生物体存储和传递遗传信息的载体,具有进化产生的高效性和稳定性. DNA分子互补配对的可预测性和可编程性使其成为极具潜力的纳米构筑材料.特别地,近年来DNA纳米技术的发展为纳米科学和纳米技术带来了新的生长点,为构筑新型纳米组装体、超分子结构和分子机器提供了前所未有的强有力工具.早期DNA纳米技术集中于DNA结构的设计和构建.从最初发展的利用交叉结模块自下而上的层次构筑方案,到基于一条长单链DNA折叠的DNA折纸术的     

粘贴DNA计算机模型(Ⅰ): 理论

粘贴模型(sticker models)是目前DNA计算机模型中的一种主要模型之一. 该模型采用单、双链混合型DNA分子进行编码, 具有在生物操作过程中不需要DNA链的延伸、不需要生物酶的作用以及DNA链可重复使用等优点. 因而受到不同学科学者的关注与兴趣. 对此模型分理论、应用两个部分进行了比较系统地论述, 理论部分的具体内容是: 首先比较系统地介绍了粘贴计算的经典模型的有关基本理论; 其次讨论了在粘贴模型与形式语言基础上建立起来的一种抽象的计算模型——粘贴系统; 第三, 对粘贴模型进行了推广和进一步的完善, 提出两种在应用上更为广泛、理论上进一步完善的模型: 一个是所谓的k-进制粘贴模型, 另一个是所谓的全信息粘贴DNA计算模型.     

三层重迭基因——利用DNA顺序的效率更高

最近,英国剑桥的科学家们又创造了一种新的DNA顺序测定技术,用之于测定大肠杆菌噬菌体G4基因组时,说明病毒基因组为了能将更多的信息压缩在一个小小的DNA分子中,能有些什么新的窍门。 G4是个小病毒,具有与φX174基因组十分相象的单链环状DNA。已经发现,在φX174基因组中有两对重迭的基因。G4 DNA中也存在着这种结构。现在,肖(Show)及其同事又发现G4基因组中还有三层重迭的区域,这个区域在利用DNA顺序方面效     

RECQ5β解旋酶DNA退火特性的动力学研究

RecQ家族解旋酶对维持基因组完整性起着关键作用.许多RecQ家族解旋酶不仅可以打开双链及其他更复杂的DNA结构,而且有意思的是,还具有DNA退火活性.本文通过对DNA退火动力学、平衡态下DNA结合以及与单链DNA解离动力学的一系列测量,系统研究了RECQ5β的DNA退火特性.结果显示,在本研究的反应缓冲液条件下,在没有或存在不同的磷酸核苷因子(AMPPNP,ATPS或ADP)的情况下,当酶分子覆盖约40%~50%DNA单链时,RECQ5β催化的DNA退火效率最高.通过对RECQ5β1~662的比较研究证实,RECQ5β的C末端区域对该酶高的DNA退火活性是必不可少的.本文结果将有助于更好地理解RecQ家族解旋酶催化DNA退火的机理.     

实投影空间上向量丛的截面

所谓广义向量场问题就是要求向量丛mξ_n上的线性无关截面的最大个数span(mξ_n)=m-n+j(m,n),这里ξ_n为n维实投影空间P_n上的Hopf线丛。关于这一问题的综述参见文献[1]。本文将利用Koschorke的奇点方法证明下面的定理:     

基于DFT方法建立多溴代联苯醚代谢产物的正辛醇-水分配系数的预测模型

基于量子化学方法建立了多溴代联苯醚(PBDEs)代谢产物的正辛醇-水分配系数(logKow)的预测模型,整个数据集包括19个羟基多溴代联苯醚(HO-PBDEs)和15个甲氧基多溴代联苯醚(MeO-PBDEs),logKow的数值跨越3个数量级(4.63~7.67)范围.所有化合物应用密度泛函理论(DFT)进行结构优化,在最优构型的基础之上计算分子极化率等6个量子化学描述符,并采用多元线性回归(MLR)建立模型.结果表明,分子极化率和氢原子最正净电荷是影响化合物在正辛醇相和水相之间分配的主要因素.模型具有良好的统计学性能,相关系数的平方r2=0.941,均方根误差rms=0.198.模拟外部验证和交叉验证表明模型具有良好的稳健性和预测能力,可用于同系列化合物logKow的预测.     

质粒pUC18 DNA的超凝集结构

1966年Vinograd论述了双链DNA有四种不同的拓扑结构形式:超螺旋DNA(Ⅰ型)、松弛型DNA(Ⅱ型)、线型DNA(Ⅲ型)以及碱变的超螺旋DNA(Ⅳ型)。后来,一组瑞士科学家证实了由互补单链环形DNA在体外退火形成的Ⅴ型DNA。1990年,黄熙泰等人发现从Ⅱ型DNA拓扑异构酶缺陷的大肠杆菌SD 108株细胞制备的质粒pBR 322 DNA样品含有一种区别于已知五种结构类型的DNA成分。由于它的高密度和高淌度,这种成分被称为超凝集型DNA(Super condensed DNA)。     

最大集团问题的DNA计算机进化算法

进化算法是克服DNA计算中穷举法极限的可能途径之一. 借用生物进化的概念, 设计了可用于DNA计算的进化算法来求解最大集团问题. 算法中所有的操作都可以在今天的分子生物技术水平上实现. 计算机模拟实验表明使用这种进化算法有可能由一个小的样本空间得到问题的解, 而不必穷举所有可能情况. 对于随机生成的问题, 这种进化算法能以高概率在很少的进化循环数内正确地给出问题的解. 结果显示这种进化算法所需的时间随问题的规模呈多项式增长, 这可能使DNA计算机在求解复杂问题时比传统电子计算机拥有更多的优势.     

DNA分子计算与DNA计算机的研究进展

生物分子计算与DNA计算机是计算机科学和分子生物学交叉产生的新兴领域. DNA计算机的特点是具有超强的并行运算能力和巨大的数据存储能力, 因而被认为有望解决电子计算机所面临的评价问题. 本文在介绍DNA计算机的基本概念基础上, 围绕DNA计算机的原理、计算模型和在多方面的应用等关键问题, 分析讨论了粘贴模型、剪接模型和等价检查模型等常用的DNA计算模型, 并对DNA计算机在NP问题、遗传分析与临床诊治、防伪和译码技术以及游戏与机器人等领域的研究进展和应用前景进行了探讨. 最后讨论了DNA计算机未来可能的发展方向.     

肝炎病毒基因组的无性繁殖获得成功

今年五月,在欧洲和美国的三个著名遗传工程实验室宣布,他们获得了B型肝炎病毒(HBV)基因组的无性繁殖系.这三个实验室是:英国爱丁堡大学麦莱(Murray)实验室、法国巴斯德研究所蒂奥莱斯(Tiollais)实验室和美国斯坦福大学科恩(Cohen)实验室. B型肝炎病毒基因组DNA的分子量约为3×10~6道尔顿,有3200碱基对,是个带有单链区和一段缺口的双链环状分子.是已知哺乳动物病毒DNA中最小的一个.它可     

运行于磁珠表面的可编程DNA计算机

后基因组时代涌现出DNA操作技术一系列新的应用, 其中包括建立在DNA分子基础上的生物计算机. 至今还没有在固体表面实现基于自动机原理的DNA计算的相关报道. 本文描述了一种可编程的DNA计算装置——具有图灵机部分功能的有限自动机, 并且将计算过程转移到了固体表面. DNA计算机主要由DNA分子(输入分子, 输出状态检测分子和充当软件的状态转移分子等)、DNA限制性内切酶及连接酶和所需的缓冲液组成, 可以自动地解决计算问题. 将荧光标记在输入分子的5′端, 以便于动态跟踪监测反应过程中的各种中间产物. 这些工作具有如下的特点: (1) 成功地在磁珠表面实现了可编程的DNA计算机——有限状态自动机. (2) 通过毛细管电泳直接监测所有的DNA计算中间产物. DNA计算机的超大并行计算能力具有通过自动控制来得以实现的可行性, 为在不久的将来把大规模的DNA计算和功能基因组研究结合起来奠定了基础.     

具有抗艾滋病毒活性的多肽T22([T2,12yr,L7 ys]-Polyphemusin Ⅱ )骨架构象模拟

用势能平滑搜索方法,在平滑修饰的势能面上对具有抗艾滋病毒HTV-1活性的肽T22([T5,12yr,T7yr]-Polyphemusin Ⅱ )骨架结构进行了全程搜索,得到该分子骨架结构在修饰势能面上的分子构象全集.用多构象优化方法,选择较适用于肽OPLS力场,采用GB/SA水溶剂模型,优化上述构象集,得到T22骨架结构在水溶液中优势构象集.结果表明势能平滑搜索与多构象优化相结合的构象分析方法是解决含有环结构的柔性分子构象分析中多重最小问题的有效方法.     

退火时间对二维DNA晶体自组装的影响

DNA自组装的过程,不仅需要合适的缓冲液,还需要适当的退火时间.本文利用DNA自组装技术,以反向平行双交叉(double-crossover,DX)DNA分子瓦(DNAtile)作为建筑模块,带有互补黏性末端(sticky-ends)的分子瓦依据Watson-Crick碱基互补配对原则配对连接,成功制备出二维晶体结构.比较不同退火时间下形成的DNA分子瓦结构,采用非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳(non-denaturing PAGE)表征.结果表明,退火时间为2.5h时形成的分子瓦的结构较稳定.等量混合此条件下形成的不同分子瓦,分别从50,37和25℃退火至室温,利用原子力显微镜(AFM)对退火后的结构进行表征,结果表明,起始退火温度为37℃时得到的DNA二维晶体较平整.