[發明專利]一種基于細胞力學矩陣模型的基因工程方法

有效

• 申請號: 201810190658.1
• 申請日: 2018-03-08
• 公開（公告）號: CN108491685B
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發明（設計）人: 柳宏波
• 申請（專利權）人: 廣州真諾電子科技有限公司
• 主分類號: G16B5/00
• 分類號: G16B5/00;G06F17/12;G06F17/16
• 代理公司: 北京七夏專利代理事務所(普通合伙) 11632
• 代理人: 劉毓珍

本發明提出了一種基于細胞力學矩陣模型的基因工程算法，具體包括如下步驟：1)設定細胞力學理論，2)選擇經典力學導出的理論體系建立細胞的復雜計算；3)結合哈密爾頓原理，由拉格朗日函數描述其特性，4)根據3)推導得出細胞力學方程組；5)根據4)中，細胞力學方程組可以寫為等價的矩陣形式：H|X＝|X'；本發明使得基因工程設計有了理論基礎，在設計階段對基因工程的產品進行計算機預測、評估；本發明可以將生物學理論數學化，從而把對人類研究的成果，應用到機器人設計中，快速發展人工智能，由于人類基因組是最好的操作系統，本發明可以把人類基因組操作系統的設計方法用于計算機操作系統設計。

技術領域

本發明涉及基因工程技術領域，具體的講涉及一種基于細胞力學矩陣模型的基因工程算法。

背景技術

基因工程(genetic engineering)又稱基因拼接技術和DNA重組技術，是以分子遺傳學為理論基礎，以分子生物學和微生物學的現代方法為手段，將不同來源的基因按預先設計的藍圖，在體外構建雜種DNA分子，然后導入活細胞，以改變生物原有的遺傳特性、獲得新品種、生產新產品?；蚬こ碳夹g為基因的結構和功能的研究提供了有力的手段。

在現有技術中，基本上都是怎么實現轉基因的技術手段，對于轉入基因怎樣和原來生物所具有的基因怎樣相互作用，轉入基因采取何種機制在原有生物中調控其表達方式，轉入基因對復雜的生物整體的影響等問題幾乎都沒有涉及。目前公眾對于轉基因產品的反對，就反映了公眾對沒有深入研究的轉基因產品的安全性的擔心，因為迄今為止，甚至沒有一個真正合理的理論以及實用的方法對這些問題進行研究和設計。

在現有技術中，最有可能用于對基因工程的復雜性進行研究的方法是基于神經網絡理論的生物學模型；1982年，美國物理學家Hopfield神經網絡的論文激發了現代神經網絡研究熱潮，Stuart A.Kauffman根據神經網絡理論提出基于神經網絡理論的生物學模型，1993年，他在《秩序起源》一書中詳細的論述了這一理論在生物醫學中的應用，是迄今最流行的生物學神經網絡模型。

以神經網絡理論為基礎的專利數以千計，在此我們不再贅述，然而神經網絡理論并不能合理的解釋和預測細胞內部由基因主導的調控機制。

發明內容

因此本發明提出一種基于細胞力學矩陣模型的基因工程算法，用來解決轉入基因和原生物固有基因相互作用、表達調控、整體影響等復雜性問題。

本發明的技術方案是這樣實現的：一種基于細胞力學矩陣模型的基因工程算法，具體包括如下步驟：

1)設定細胞力學理論，其中原核細胞中每種細胞內包含n種分子和離子，每種分子或離子的數量為q_i，則原核細胞的狀態用矢量表述為：(q₁,q₂,…,q_n)；

真核細胞中每個細胞器用矢量表述為：(q₁,q₂,…,q_s)；真核細胞的狀態矢量為各個細胞器、細胞質、細胞核矢量的組合；

2)選擇經典力學導出的理論體系建立細胞的復雜計算微分方程和等價的矩陣模型；

3)結合哈密爾頓原理，由拉格朗日函數描述其細胞特性：

4)根據3)推導得出，細胞力學方程組為

這里是細胞的拉格朗日函數；q_i是細胞第i個組分的摩爾濃度，是細胞第i個組分的摩爾濃度隨時間的變化率；

5)根據4)中，細胞力學方程組-拉格朗日方程組可以寫為等價的矩陣形式

H|X＝|X'

這里H為微分算子矩陣：