一种计算机辅助筛选小分子化合物靶标适配体的实现方法技术

本发明专利技术涉及一种计算机辅助筛选小分子化合物靶标适配体的实现方法，利用基于分子对接技术的反向虚拟筛选算法实现，包括：根据用户输入的序列长度生成指定长度为n的随机不重复序列；对随机不重复序列中的每一个序列进行双链DNA结构的建模，生成对应双链DNA三维结构文件；对每一个生成的双链DNA的三维结构文件进行格式转换，使其用于分子对接；对靶标小分子进行格式转换，使其能够用于下一步的分子对接；将每一个靶标小分子与每一个适配体分别进行分子对接；对接之后的得分文件被两个矩阵生成函数读取，分别生成两种得分矩阵文件。本发明专利技术解决了SELEX技术固有的筛选时间长、劳动强度大、筛选成本高、筛选种类少、对人体伤害大，且成功率较低等缺点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计算机与生物传感器交叉
，具体涉及一种计算机辅助筛选小分子化合物靶标适配体的实现方法。
技术介绍
适配体(Aptamer)指的是能特异结合蛋白或其他小分子物质的单链寡聚核苷酸，可以是RNA也可以是DNA，长度一般为25～60个核苷酸。对于小分子化合物靶标而言，适配体常被开发为生物传感器，用于快速、高灵敏的检测样品中对应小分子化合物的含量。而然，针对不同的小分子化合物开发生物传感器，离不开对应靶标适配体的筛选。传统的适配体筛选方法为SELEX技术，主要包括单链随机序列核酸库的合成、随机序列核酸库与靶标的孵育结合、适配体-靶标复合物的分离、适配体从靶标上的洗脱、适配体的PCR扩增、利用PCR产物制备新的单链适配体库、新适配体库进而重复上述步骤的过程。这个过程往往需要重复10-20轮，然后通过克隆、连接、转化、质粒提取、阳性质粒鉴定、传统核酸测序才能找到对应靶标的候选适配体，再通过结合试验测试候选适配体与对应靶标的亲和力，最终确定有效的适配体。由此可见，SELEX技术的筛选时间长、劳动强度大、筛选成本高。而且，由于整个过程中，涉及了大量的有机试剂和化学危险品，对人体具有一定的伤害。尤其是，因为PCR技术具有偏好性，即不同的核酸序列扩增效率不同。部分与靶标具有特异性结合的核酸序列可能会因为自身扩增效率低下而被淹没在大量的非特异性结合的序列之中，从而造成最后得到的特异性结合的核酸序列(即适配体)种类偏低。甚至随着筛选轮数的增加，可能会使所有的特异性结合的核酸序列均因PCR偏好性而被淘汰，最终导致适配体的筛选失败。因此，SELEX技术具有筛选时间长、劳动强度大、筛选成本高、筛选种类少、对人体伤害大，且成功率较低等缺点。分子对接技术是利用计算机计算不同位置和构象下，两个分子之间的各种相互作用力，最终预测两个分子之间的亲和力的过程。基于分子对接技术的计算机辅助虚拟筛选最早用于预测不同种类的小分子化合物分别与靶标的亲和力，以筛选出与靶标亲和力强的小分子化合物，作为针对某个靶标的候选药物。随后，人们设计了同样利用基于分子对接技术的反向虚拟筛选方法。该方法是预测不同的蛋白质靶标与同一小分子化合物的亲和力，以筛选出与某一小分子化合物亲和力强的蛋白质靶标，作为蛋白质组的研究。
技术实现思路
为解决上述现有技术中的不足，本专利技术的目的是提供一种计算机辅助筛选小分子化合物靶标适配体的实现方法，通过本专利技术可实现快速、简便、经济、高效、绿色的筛选小分子化合物靶标适配体的目的，解决了SELEX技术固有的筛选时间长、劳动强度大、筛选成本高、筛选种类少、对人体伤害大，且成功率较低等缺点。为小分子化合物生物传感器的开发奠定了基础。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的：本专利技术提供一种计算机辅助筛选小分子化合物靶标适配体的实现方法，其改进之处在于，所述方法利用基于分子对接技术的反向虚拟筛选算法实现，包括下述步骤：(1)根据用户输入的序列长度生成指定长度为n的随机不重复序列；(2)对随机不重复序列中的每一个序列进行双链DNA结构的建模，生成对应双链DNA三维结构文件；对每一个生成的双链DNA的三维结构文件进行格式转换，使其能够用于下一步的分子对接；(3)对靶标小分子进行格式转换，使其能够用于下一步的分子对接；(4)将每一个靶标小分子与每一个适配体分别进行分子对接；(5)对接之后的得分文件被两个矩阵生成函数读取，分别生成两种得分矩阵文件，能够从中查找与靶标小分子得分最高的双链DNA序列。进一步地，所述步骤(1)包括下述步骤：1)建立输入函数，用于确定双链DNA的长度；2)构建递归函数，使得进入递归函数时，对初始序列分别添加A、T、C、G中的每个字符，产生4个新的、比之前多一个字符的序列；当输入的长度为n，会产生4n个不同的DNA序列；3)对双链DNA而言，其反向序列与正向序列的两个DNA双螺旋为同一分子，需要去除其中的一条，基于分子对接技术的反向虚拟筛选算法自动去除反向序列，实现过程包括：将所有的生成序列都添加到一个列表中，并执行循环语句，用if语句判断正向序列与反向序列是否相等，如果相等，不作任何处理；如果不相等，从列表中删除该序列的反向序列；对双链DNA而言，去正向互补序列与正向序列的两个DNA双螺旋为同一分子，需要去除其中的一条，基于分子对接技术的反向虚拟筛选算法自动去除正向互补序列；实现过程包括：将所有的生成序列都添加到一个列表中，并执行循环语句，用if语句判断正向序列与正向互补序列是否相等，如果相等，不作任何处理；如果不相等，从列表中删除该序列的正向互补序列；对双链DNA而言，其反向互补序列与正向序列的两个DNA双螺旋为同一分子，需要去除其中的一条，基于分子对接技术的反向虚拟筛选算法自动去除反向互补序列，实现过程包括：将所有的生成序列都添加到一个列表中，并执行循环语句，用if语句判断反向序列与正向互补序列是否相等，如果相等，不作任何处理；如果不相等，从列表中删除该序列的反向互补序列；通过从4n个不同的DNA序列中去除反向序列、正向互补序列和反向互补序列后，即生成了指定长度为n的随机不重复序列。进一步地，所述步骤(2)包括下述步骤：<1>利用文件存储函数将先前生成的指定长度为n的随机不重复序列分别建立成为Ambertools软件中nab模块识别的拓展名为.nab的对应序列名的文件；<2>利用循环语句构建每一个双链DNA三维结构文件；<3>生成的每个双链DNA三维结构文件分别经过去氢化和加极性氢加电场操作进行格式转换，生成用于分子对接的双链DNA三维结构文件。进一步地，所述步骤<2>包括：通过LINUX系统的locate命令首先判断系统中安装的是双链DNA结构的建模模块nab还是支持平行计算的mpinab，并通过if语句判断系统是否含有mpinab而确定是否进行平行计算；当进行三维模型构建时，建模模块nab生成一个a.out的可执行文件，并通过完全生成函数判断a.out是否完全生成，当判断a.out确实生成后，通过系统进一步执行a.out文件生成对应双链DNA三维结构文件。进一步地，所述步骤<3>中的去氢化操作通过去氢函数实现，包括：利用文件读取函数将生成的双链DNA三维结构文件中的每一行都加入到列表中，利用循环语句、if语句对双链DNA三维结构文件中的每一行进行判断，判断是否为氢原子对应的行，如果是，不进行任何操作，如果不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计算机辅助筛选小分子化合物靶标适配体的实现方法，其特征在于，所述方法利用基于分子对接技术的反向虚拟筛选算法实现，包括下述步骤：(1)根据用户输入的序列长度生成指定长度为n的随机不重复序列；(2)对随机不重复序列中的每一个序列进行双链DNA结构的建模，生成对应双链DNA三维结构文件；对每一个生成的双链DNA的三维结构文件进行格式转换，使其能够用于下一步的分子对接；(3)对靶标小分子进行格式转换，使其能够用于下一步的分子对接；(4)将每一个靶标小分子与每一个适配体分别进行分子对接；(5)对接之后的得分文件被两个矩阵生成函数读取，分别生成两种得分矩阵文件，能够从中查找与靶标小分子得分最高的双链DNA序列。

【技术特征摘要】
1.一种计算机辅助筛选小分子化合物靶标适配体的实现方法，其特征在于，所述方法利
用基于分子对接技术的反向虚拟筛选算法实现，包括下述步骤：
(1)根据用户输入的序列长度生成指定长度为n的随机不重复序列；
(2)对随机不重复序列中的每一个序列进行双链DNA结构的建模，生成对应双链DNA
三维结构文件；对每一个生成的双链DNA的三维结构文件进行格式转换，使其能够用于下
一步的分子对接；
(3)对靶标小分子进行格式转换，使其能够用于下一步的分子对接；
(4)将每一个靶标小分子与每一个适配体分别进行分子对接；
(5)对接之后的得分文件被两个矩阵生成函数读取，分别生成两种得分矩阵文件，能够
从中查找与靶标小分子得分最高的双链DNA序列。
2.如权利要求1所述的实现方法，其特征在于，所述步骤(1)包括下述步骤：
1)建立输入函数，用于确定双链DNA的长度；
2)构建递归函数，使得进入递归函数时，对初始序列分别添加A、T、C、G中的每个
字符，产生4个新的、比之前多一个字符的序列；当输入的长度为n，会产生4n个不同的DNA
序列；
3)对双链DNA而言，其反向序列与正向序列的两个DNA双螺旋为同一分子，需要去
除其中的一条，基于分子对接技术的反向虚拟筛选算法自动去除反向序列，实现过程包括：
将所有的生成序列都添加到一个列表中，并执行循环语句，用if语句判断正向序列与反向序
列是否相等，如果相等，不作任何处理；如果不相等，从列表中删除该序列的反向序列；
对双链DNA而言，其正向互补序列与正向序列的两个DNA双螺旋为同一分子，需要去
除其中的一条，基于分子对接技术的反向虚拟筛选算法自动去除正向互补序列；实现过程包
括：将所有的生成序列都添加到一个列表中，并执行循环语句，用if语句判断正向序列与正
向互补序列是否相等，如果相等，不作任何处理；如果不相等，从列表中删除该序列的正向
互补序列；
对双链DNA而言，其反向互补序列与正向序列的两个DNA双螺旋为同一分子，需要去
除其中的一条，基于分子对接技术的反向虚拟筛选算法自动去除反向互补序列，实现过程包
括：将所有的生成序列都添加到一个列表中，并执行循环语句，用if语句判断反向序列与正
向互补序列是否相等，如果相等，不作任何处理；如果不相等，从列表中删除该序列的反向
互补序列；
通过从4n个不同的DNA序列中去除反向序列、正向互补序列和反向互补序列后，即生

\t成了指定长度为n的随机不重复序列。
3.如权利要求1所述的实现方法，其特征在于，所述步骤(2)包括下述步骤：
<1>利用文件存储函数将先前生成的指定长度为n的随机不重复序列分别建立成为
Ambertools软件中nab模块识别的拓展名为.nab的对应序列名的文件；
<2>利用循环语句构建每一个双链DNA三维结构文件；
<3>生成的每个双链DNA三维结构文件分别经过去氢化和加极性氢加电场操作进行格式
转换，生成用于分子对接的双链DNA三维结构文件。
4.如权利要求3所述的实现方法，其特征在于，所述步骤<2>包括：通过LINUX系统
的locate命令首先判断系统中安装的是双链DNA结构的建模模块nab还是支持平行计算的
mpinab，并通过if语句判断系统是否含有mpinab而确定是否进行平行计算；
当进行三维模型构建时，建模模块nab生成一个a.out的可执行文件，并通过完全生成函
数判断a.out是否完全生成，当判断a.out确实生成后，通过系统进一步执行a.out文件生成对
应双链DNA三维结构文件。
5.如权利要求3所述的实现方法，其特征在于，所述步骤<3>中的去氢化操作通过去氢
函数实现，包括：利用文件读取函数将生成的双链DNA三维结构文件中的每一行都加入到
列表中...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑楠，李明，张养东，文芳，李松励，王加启，
申请(专利权)人：中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11