本发明专利技术公开了一种糖结构鉴定方法及糖结构鉴定装置，所述糖结构鉴定方法包括：步骤一：利用多级质谱信息进行待测糖结构谱峰对应的子结构预测，所述子结构作为对应谱峰的候选子结构；以及步骤二：利用De Novo糖结构鉴定技术，根据质谱谱峰对应的候选子结构组装出完整的糖结构。本发明专利技术基于糖结构多级质谱数据，采用De Novo糖结构鉴定技术，实现糖结构的鉴定，实现了多级质谱De Novo糖结构鉴定算法，通过有效的利用多级质谱信息，不仅显著提高了De Novo过程中枚举糖结构片段的效率，而且明显缩小了糖候选结构集合。
【技术实现步骤摘要】
一种糖结构鉴定方法及糖结构鉴定装置
本专利技术涉及生物信息领域，尤其涉及一种糖结构鉴定方法及糖结构鉴定装置。
技术介绍
糖类化合物是生命活动中起重要功能的生物大分子，其以多种结构构型存在于细胞中，在细胞周期调控、凋亡衰老、细胞表面的相互作用等生命过程起到了不可替代的作用。糖类化合物通过由多个单糖通过糖苷键连接而成，并呈现树形分支结构，因此，糖类化合物的鉴定主要包含糖类组成分子、单糖连接顺序以及分支位点等信息的鉴定。图1a及图1b为单糖对应的环形结构以及糖结构中糖苷键的表示方式。图2a至图2d表示N-linked糖GlcNAc2Man9结构的多种表示方式，其中根节点位于结构的最右端，即N端，子节点向左逐步延伸，形成C端，其中每个节点代表一个单糖，每条边代表两个单糖连接的糖苷键。由于一个单糖可以通过糖苷键与其他一个或者多个单糖连接形成分支结构，导致了糖类化合物结构构型的多样性。目前基于质谱的糖类化合物鉴定策略大部分基于一级质谱和二级质谱数据。一级质谱只能得到糖化合物母离子的质量，而无法得到糖化合物结构的单糖组成、单糖间的连接位点以及结构信息。二级质谱是将糖在质谱仪中进一步打碎进行子结构信息分析，目前主要包含以下几种策略：1)结构库搜索策略在糖结构库中找出母离子质量与待鉴定质谱母离子质量相近的糖结构，然后预测这些糖结构的理论谱，将预测的理论谱与待鉴定质谱一一比较，返回相似度最高的理论谱对应的糖结构作为待鉴定质谱对应的糖结构。优势：根据结构库限定了可能的糖结构的候选范围，从而降低了鉴定难度。不足：a).结构库搜索依赖于库中结构的理论质谱的预测，而目前对于糖结构质谱形成机制认识仍然有局限，导致理论质谱预测精度不高，在一定程度上影响了鉴定结果的准确性。b).结构库搜索局限于库中的糖结构，如果待鉴定质谱对应的糖结构不在库中，则无法得到正确的鉴定结果。2)DeNovo结构鉴定策略与结构库搜索策略不同，DeNovo策略不依赖于已知的糖结构库，而是直接通过对质谱数据的分析，利用谱图中谱峰间的m/z差值，推断可能的糖结构。优势：相对于结构库搜索而言，DeNovo策略能够发现结构库中不存在的糖结构。缺陷：a).DeNovo策略鉴定的准确度严重依赖于质谱数据的质量。在高质量的质谱数据中，每个糖苷键都会有相应的离子峰出现；而在低质量的质谱中，部分离子峰的缺失，导致DeNovo策略无法得出准确的鉴定结果。b).DeNovo需要枚举所有可能的糖结构，因此效率比较低，鉴定规模比较有限。3)谱库搜索策略谱库搜索策略将已知糖结构的二级质谱以“结构-质谱”对的形式保存在数据库中，然后用待鉴定质谱与数据库中的真实谱进行比较，返回相似度最高的质谱对应的糖结构作为鉴定结果。优势：相比较糖结构库搜索策略，谱库搜索策略使用已知的真实谱，而不是预测出的理论谱进行比较，从而使得鉴定结果的可信度比较高。缺陷：谱库搜索策略仅适用于已鉴定过的糖结构，对于未鉴定过的质谱则无法确定其对应的结构。二级质谱提供的信息相对于糖类化合物复杂的结构来说还是具有很大的局限性，造成基于二级质谱的糖类化合物鉴定策略准确度不高。因此，有些研究者提出基于多级质谱鉴定策略，即利用多级质谱数据中包含更多的糖结构碎裂信息，实现提升糖结构鉴定的准确率。现有一种基于多级质谱鉴定方法是使用已知糖结构的二级以及三级质谱构建“质谱-结构”对数据库，此方法在一定程度上提升了鉴定的准确度，但是由于其谱库中谱数量比较少，所以对于有些糖结构仍无法很好地鉴定。
技术实现思路
本专利技术提供一种糖结构鉴定方法及糖结构鉴定装置，以解决现有技术DeNovo策略鉴定的准确度严重依赖于质谱数据的质量及谱库搜索策略对于未鉴定过的质谱无法确定其对应的结构的缺陷。为实现上述目的，本专利技术提供一种糖结构鉴定方法，包括步骤：步骤一：利用多级质谱信息进行待测糖结构谱峰对应的子结构预测，所述子结构作为候选子结构；以及步骤二：利用DeNovo糖结构鉴定技术，根据质谱谱峰对应的候选子结构组装出完整的糖结构。较佳地，所述步骤一包括：步骤1：对糖样品进行纯化处理，注入质谱仪，得到一级质谱，在一级质谱中选取丰度最高的离子峰碎裂产生二级质谱；步骤2：根据二级质谱的母离子质量，枚举可能组成的单糖类型以及每种类型的单糖个数，得到母离子单糖组成；以及步骤3：对二级质谱中每个谱峰，枚举可能对应的离子类型以及单糖组成，并根据母离子单糖组成进行过滤得到每个谱峰对应的单糖组成，根据每个谱峰对应的单糖组成枚举可能的候选子结构。较佳地，所述步骤一还包括：步骤4：如果步骤3中某谱峰对应的单糖组成超过设置的枚举规模，则利用该谱峰产生下一级质谱，谱峰P3对应的单糖组成超过枚举规模，则采用下一级质谱组装出该谱峰对应的候选子结构；以及步骤5：利用该下一级质谱信息，执行步骤2,3,4,5，直至获取质谱所有离子谱峰对应的候选子结构。较佳地，所述步骤二包括：步骤6：如果步骤3或5得到的任意两个谱峰对应候选子结构间存在重叠部分，则将两个子结构连一条边，同一个谱峰不同候选子结构之间不连边，根据质谱中所有谱峰构建候选子结构的网络图；步骤7：在该网络图中将每条路径中的结构碎片组装成一个完整结构；以及步骤8：如果组装后的完整结构对应的质量在容差范围内等于待测糖结构母离子质量，则认为找到一个待测糖样品候选结构。较佳地，所述步骤二还包括：步骤9：循环执行步骤7，获取网络图中所有路径对应的完整结构，并根据步骤8得到待测样品候选结构集合。较佳地，所述的糖结构鉴定方法，还包括：步骤10：将与步骤8找到的待测糖样品候选结构匹配的离子峰个数作为对应分数，并将得分最高的结构作为糖的候选结构返回。而且，为实现上述目的，本专利技术还提供一种糖鉴定装置，包括：用户web交互界面；谱峰候选子结构鉴定模块，与所述用户web交互界面连接，所述谱峰候选子结构鉴定模块包括：质谱数据模块：利用质谱仪对糖样品进行处理得到一级质谱，在一级质谱中选取丰度最高的离子峰碎裂产生所述二级质谱数据；及二级质谱枚举模块：根据所述二级质谱的母离子质量，枚举可能组成的单糖类型以及单糖个数，得到母离子单糖组成；对二级质谱中每个谱峰，枚举其可能对应的离子类型以及单糖组成，并根据母离子单糖组成进行过滤得到每个谱峰对应的单糖组成，根据每个谱峰对应的单糖组成枚举可能的候选子结构；以及DeNovo糖结构鉴定模块，包括：候选子结构网络图构建模块：接收二级质谱枚举模块传送的候选结构，如果任意两个谱峰对应的候选子结构间存在重叠部分，则将两个子结构连一条边，同一个谱峰不同候选子结构之间不连边，根据质谱中所有谱峰构建候选子结构网络图；组装模块：在所述网络图中将每条路径中的结构碎片组装成一个完整结构；及候选结构质量判断模块：如果组装后的完整结构对应的质量在容差范围内等于待测糖结构母离子质量，则认为找到一个待测糖样品候选结构，循环执行步骤7和步骤8，将网络图中所有的路径对应的可能待测糖样品候选结构，构成待测糖样品候选结构集合，将此待测糖样品候选结构集合返回用户web交互界面。较佳地，所述谱峰候选子结构鉴定模块还包括：判断与生成模块：如果二级质谱枚举模块中某谱峰对应的单糖组成超过枚举模块设置的二级质谱枚举规模，则利用该谱峰产生下一级质谱；以及多级质谱枚举模块：根据所述下一本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种糖结构鉴定方法，其特征在于，包括步骤：步骤一：利用多级质谱信息进行待测糖结构谱峰对应的子结构预测，所述子结构作为候选子结构；以及步骤二：利用De Novo糖结构鉴定技术，根据质谱谱峰对应的候选子结构组装出完整的糖结构。
【技术特征摘要】
1.一种糖结构鉴定方法，其特征在于，包括步骤：步骤一：利用多级质谱信息进行待测糖结构谱峰对应的子结构预测，所述子结构作为候选子结构；以及步骤二：利用DeNovo糖结构鉴定技术，根据质谱谱峰对应的候选子结构组装出完整的糖结构；其中，所述步骤一包括：步骤1：对糖样品进行纯化处理，注入质谱仪，得到一级质谱，在一级质谱中选取丰度最高的离子峰碎裂产生二级质谱；步骤2：根据二级质谱的母离子质量，枚举可能组成的单糖类型以及每种类型的单糖个数，得到母离子单糖组成；步骤3：对二级质谱中每个谱峰，枚举可能对应的离子类型以及单糖组成，并根据母离子单糖组成进行过滤得到每个谱峰对应的单糖组成，根据每个谱峰对应的单糖组成枚举可能的候选子结构。2.根据权利要求1所述的糖结构鉴定方法，其特征在于，所述步骤一还包括：步骤4：如果步骤3中某谱峰对应的单糖组成超过设置的枚举规模，则利用该谱峰产生下一级质谱，采用下一级质谱组装出该谱峰对应的候选子结构；以及步骤5：利用该下一级质谱信息，执行步骤2,3,4,5，直至获取质谱所有离子谱峰对应的候选子结构。3.根据权利要求2所述的糖结构鉴定方法，其特征在于，所述步骤二包括：步骤6：如果步骤3或5得到的任意两个谱峰对应候选子结构间存在重叠部分，则将两个子结构连一条边，同一个谱峰不同候选子结构之间不连边，根据质谱中所有谱峰构建候选子结构的网络图；步骤7：在该网络图中将每条路径中的结构碎片组装成一个完整结构；以及步骤8：如果组装后的完整结构对应的质量在容差范围内等于待测糖结构母离子质量，则认为找到一个待测糖样品候选结构。4.根据权利要求3所述的糖结构鉴定方法，其特征在于，所述步骤二还包括：步骤9：循环执行步骤7，获取网络图中所有路径对应的完整结构，并根据步骤8得到待测样品候选结构集合。5.根据权利要求3所述的糖结构鉴定方法，其特征在于，还包括：步骤10：将与步骤8找到的待测糖样品候选结构匹配的离子峰个数作为对应分数，并将得分最高的结构作为糖的候选结构返回。6.一种糖鉴定装置，用于权利要求3的糖结构鉴定方法,其特征在于，包括：用户web交互界面；谱峰候选子结构鉴定...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙世伟，卜东波，杨飞，王耀军，李岩，黄纯翠，陈润生，高枫，刘亚名，
申请(专利权)人：中国科学院计算技术研究所，中国科学院生物物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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