[發(fā)明專利]一種基于核酸的生物邏輯門與邏輯電路的構(gòu)建方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710233372.2
• 申請日: 2017-04-11
• 公開（公告）號: CN107153875B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 紀(jì)小婷;呂浩源;馬明輝;呂炳霖;丁彩鳳
• 申請（專利權(quán)）人: 青島科技大學(xué)
• 主分類號: G06N3/12
• 分類號: G06N3/12
• 代理公司: 北京志霖恒遠(yuǎn)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11435
• 代理人: 朱麗麗;任小鵬

本發(fā)明研制了一種新穎的利用特定功能化核酸序列實(shí)現(xiàn)生物邏輯運(yùn)算的方法，且通過串聯(lián)實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜邏輯電路運(yùn)算。該方法以功能化核酸序列為基礎(chǔ)，通過鏈取代與磁性分離技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信號的輸入與運(yùn)算和輸出信號鏈的分離，之后利用游離信號鏈在一定實(shí)驗(yàn)條件下形成的G?四聯(lián)體結(jié)構(gòu)催化ABTS?H₂O₂的氧化反應(yīng)，使之生成具有不同波長吸收的ABTS⁺，通過對其前后紫外吸收情況的檢測分析即可得出輸出信號的真或假(Ture or False)對于計(jì)算機(jī)計(jì)算中二進(jìn)制的0或1。在此基礎(chǔ)之上，我們亦探索了利用來自細(xì)胞中micro?RNA作為輸入信號時(shí)的最佳反應(yīng)條件，能夠更好的實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)實(shí)細(xì)胞應(yīng)用的對接，此方法運(yùn)算效率高，抗干擾性強(qiáng)，就有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計(jì)算生物學(xué)的研究領(lǐng)域，具體為一種基于核酸的生物邏輯門與邏輯電路的構(gòu)建方法。

背景技術(shù)

計(jì)算生物學(xué)(Computational Biology)是生物學(xué)的一個(gè)分支。根據(jù)美國國家衛(wèi)生研究所(NIH)的定義，它是指開發(fā)和應(yīng)用數(shù)據(jù)分析及理論的方法、數(shù)學(xué)建模和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，用于生物學(xué)、行為學(xué)和社會群體系統(tǒng)的研究的一門學(xué)科。英國著名的數(shù)學(xué)家和邏輯學(xué)家，計(jì)算機(jī)邏輯的奠基者阿蘭·麥席森·圖靈(Alan Mathison Turing，1912-1957)，曾指出，向日葵螺旋數(shù)目是一個(gè)Fibonacci數(shù)字，而且動物皮膚的形成模式也可以被描述為一種反應(yīng)擴(kuò)散模型(reaction diffusion model)，當(dāng)時(shí)圖靈缺乏數(shù)據(jù)以及計(jì)算能力建立這一模型。隨著科技的發(fā)展，今天我們可以獲取大量的數(shù)據(jù)，計(jì)算能力也大幅度提高，因此可以從新的觀點(diǎn)來分析生命的機(jī)制。

如果將生命體看成一架極其精密的機(jī)器，那么每個(gè)生命活動，諸如蛋白質(zhì)表達(dá)、細(xì)胞間的信號傳送，都可以通過計(jì)算機(jī)的模擬計(jì)算來重現(xiàn)。計(jì)算生物學(xué)使得傳統(tǒng)生命研究走向定量化、精確化，而且可以在系統(tǒng)層面上進(jìn)行觀察研究，更能夠深入的剖析在機(jī)器和生物機(jī)體之間是否存在根本的差異的問題。

目前英國倫敦帝國理工學(xué)院的研究人員曾利用腸道細(xì)菌和DNA片段成功地構(gòu)建出了可用于處理信息的“生物邏輯門”，但是由于需要細(xì)菌媒介以及外界酶參與需求等因素的影響導(dǎo)致其實(shí)際應(yīng)用性不強(qiáng)。

邏輯門是計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)，它是一種對輸入的信息進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后輸出信息的裝置。通過對不同的邏輯門進(jìn)行各種組合，就可以搭建出復(fù)雜的計(jì)算機(jī)電路。本專利中通過我們所特殊設(shè)計(jì)的核酸序列結(jié)構(gòu)可以在不需要外界催化劑、酶與細(xì)菌等因素的參與下，高效快捷的復(fù)制出當(dāng)前計(jì)算機(jī)所用電路邏輯門相似的生物邏輯門，并成功的將其串聯(lián)形成邏輯電路，這一成果能夠推動研發(fā)出新一代的生物計(jì)算機(jī)，并將其推廣到生物信息處理應(yīng)用中去。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種基于核酸的生物邏輯門與邏輯電路的構(gòu)建方法，以解決上述背景技術(shù)中的缺點(diǎn)。

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種基于核酸的生物邏輯門與邏輯電路的構(gòu)建方法，包括以下步驟：

(a)利用提取試劑盒從腫瘤細(xì)胞中提取出具有標(biāo)志性作用的Micro-RNA；Micro-RNA為MiR-21、MiR-182、MiR-195。

(b)將構(gòu)成邏輯門的底鏈核酸與表面羧基修飾的磁珠混合，使用濃度為0.2mol/L的NHS將底鏈核酸上修飾的氨基進(jìn)行活化，使?jié)舛葹橛?.8mol/L的EDC使磁珠表面上修飾的羧基進(jìn)行活化，EDC與NHS兩者共同作用，促進(jìn)羧基與氨基間縮合反應(yīng)的進(jìn)行,通過縮合反應(yīng)，利用肽鍵將兩者鏈接在一起；所述的NHS(N-羥基琥珀酰亞胺)使用濃度為0.2mol/L，EDC(1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽)使用濃度為0.8mol/L，其所述的NHS(N-羥基琥珀酰亞胺)使用濃度為0.2mol/L，EDC(1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽)使用濃度為0.8mol/L，其所述的反應(yīng)條件為EDC常溫活化羧基修飾磁珠30分鐘后，加入底鏈核酸37℃搖床振蕩反應(yīng)12小時(shí)。