[發明專利]一種基于殘基接觸信息交叉策略的蛋白質結構預測方法

有效

• 申請號: 201810986057.1
• 申請日: 2018-08-28
• 公開（公告）號: CN109360599B
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 張貴軍;謝騰宇;王小奇;周曉根;郝小虎;胡俊
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G16B15/20
• 分類號: G16B15/20
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

一種基于殘基接觸信息交叉策略的蛋白質結構預測方法，首先，利用Robetta和RaptorX?Contact得到片段庫和接觸圖；其次，利用接觸圖信息使得種群個體動態進入片段組裝階段和Loop區域微調階段，并使用了特定測試個體和特定區域的交叉策略；最后，通過聚類得到最終預測結果。本發明可以利用接觸圖信息，動態進行種群進化，并利用特定區域的交叉策略，提高搜索效率，提高預測精度。

技術領域

本發明涉及一種生物學信息學、智能優化、計算機應用領域，尤其涉及的是一種基于殘基接觸信息交叉策略的蛋白質結構預測方法。

背景技術

蛋白質是所有生物中最重要的大分子之一，一個細胞的干重的一半以上是蛋白質。蛋白質分子是由氨基酸首尾相連縮合而成的共價多肽鏈，但是天然蛋白質分子并不是走向隨機的松散多肽鏈。每一種天然蛋白質都有自己特有的空間結構或稱三維結構，這種三維結構通常被稱為蛋白質的構象，即蛋白質的結構。蛋白質結構調節生物體中的細胞活動，以保持生命。蛋白質分子在分子水平上具體體現了蛋白質結構和功能之間的顯著關系。蛋白質在生物學中有許多不同的功能。蛋白質的三維天然結構決定它的生物學機制，而反過來，蛋白質氨基酸單體的一維鏈又對它的天然結構進行編碼。蛋白質的三維結構在藥物設計、蛋白質工程和生物技術中具有決定性的重要，因此，蛋白質結構預測是一個重要的研究問題。

由于高通量測序技術的快速發展，加之實驗解析蛋白質三維結構技術(X射線晶體學、核磁共振光譜、電子顯微鏡以及冷凍電鏡)耗時且代價昂貴，導致已知序列數目和解析出的蛋白質結構數目間的鴻溝呈指數增加。此外，生物學中心法則中的第二遺傳密碼和蛋白質折疊機理需要研究學者們進行探索。因此，在無全長模板的情況下(序列相似度20％)，利用計算機，結合優化算法，從氨基酸序列開始，從頭預測蛋白質結構是一個研究方法。Anfinsen熱力學假說表明：蛋白質的空間結構由氨基酸序列唯一確定；蛋白質的空間結構是穩定的；蛋白質的天然構象處于自由能最低點。根據Anfinsen原則，以計算機為工具，運用適當的算法，從氨基酸序列出發直接預測蛋白質的三維結構。

科學家提出了許多從頭蛋白質結構預測方法，其預測精度在CASP比賽的推動下有了巨大的提高。Rosetta，QUARK在歷屆CASP賽事中表現突出。兩者都采用片段組裝技術，并構建了基于知識的力場模型。然而，利用隨機的片段組裝，盲目進行構象空間搜索，容易導致不恰當的搜索方向，浪費計算代價，影響最終的聚類結果。

因此，現有的基于隨機片段組裝的蛋白質結構預測方法高效構象空間搜索和預測精度方面存在著缺陷，需要改進。

發明內容

為了克服現有的基于隨機片段組裝的蛋白質結構預測方法高效構象空間搜索和預測精度方面的不足，本發明提供一種可以有偏構象空間搜索的基于殘基接觸信息交叉策略的蛋白質結構預測方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于殘基接觸信息交叉策略的蛋白質結構預測方法，所述方法包括以下步驟：

1)給定輸入序列信息，利用Robetta服務器獲得該序列的片段庫；

2)利用RaptorX-Contact預測該序列的接觸信息，并且記錄接觸概率大于0.6的殘基對，假設有N個殘基對的接觸概率滿足該條件，并記第k個殘基對間的接觸，接觸指Cα-Cα歐氏距離接觸概率表示為P_k，滿足P_k＞0.6，k∈{1,...,N}，并記第k個殘基對的殘基索引號i_k和j_k，并滿足i_k＜j_k；

3)初始化：種群規模NP，根據輸入序列，最大迭代次數分別為G，執行RosettaAbinitio協議的第一與第二階段NP次，產生初始構象種群P＝{C₁,C₂,...,C_NP}，其中C_NP表示第NP個個體，記當前代數g＝0；