一种相干伊辛机、基于其的多肽设计方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种相干伊辛机、基于其的多肽设计方法和装置，属于药物设计技术领域，解决启发式算法需要大量的时间来进行迭代进而无法求出最优解的问题。方法包括：从PDB数据库中获取蛋白质文件；基于蛋白质文件计算多肽链上的每个氨基酸的单体能量和两个不同位置氨基酸之间的二体能量以获取相互作用图；根据每个氨基酸的单体能量和两个不同位置氨基酸之间的二体能量生成伊辛模型，其中，通过将约束项添加至伊辛模型来限制解的数目，使得一个位置出现一个旋转异构体；以及使用相干伊辛机对添加约束项的伊辛模型进行求解以获得优化之后的多肽结构和序列。快速的完成蛋白质骨架固定下的序列优化过程。下的序列优化过程。下的序列优化过程。

【技术实现步骤摘要】
一种相干伊辛机、基于其的多肽设计方法和装置


[0001]本专利技术涉及药物设计
，尤其涉及一种相干伊辛机、基于其的多肽设计方法和装置。

技术介绍

[0002]Rosetta软件套件是蛋白质设计和结构预测的优秀软件之一, 该软件使用基于模拟退火的启发式算法能够实现蛋白质设计任务。
[0003]Rosetta的设计过程主要是基于启发式，称为Packer ,使用基于模拟退火来搜索rotamers（称为构象 )空间解决序列设计问题，虽然不能保证收敛到全局最优，但往往会很快找到接近最优的高质量解决方案。但是，随着用于设计位置的数量（N）的增加和每个位置的rotamers可能性数量（D）生长，rotamers的空间对于模拟退火方法来说增长太快。大型传统蛋白质设计任务或具有多种化学构建块选择的非标准设计任务可能会很快变得棘手。Packer中所用的模拟退火方法对energy landscape的描述也非常敏感，有时无法找到解决方案，陷入了局部最小值。但是当使用其他方法，如死端消除算法（dead
‑
end elimination）或分支定界（branch
‑
and
‑
bound ）搜索时，对于大多数设计任务来说，速度无法满足要求。
[0004]在蛋白质领域的传统模型的筛选方式大多数采用启发式算法，耗时长，且可能无法计算出最优解，随着设计复杂度的增加，即便是超级计算机也无法应对。
[0005]因此，现有技术存在以下缺点：使用启发式算法：需要大量的时间来进行迭代，有可能无法求出最优解，计算量大；以及传统模型需要大量的采样才可以拿到一个能量较低的构象，且此构象有可能并非全局最优解。

技术实现思路

[0006]鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种相干伊辛机、基于其的多肽设计方法和装置，用以解决启发式算法需要大量的时间来进行迭代，可能无法求出最优解并且传统模型需要大量的采样才可以拿到一个能量较低的构象问题。
[0007]一方面，本专利技术实施例提供了基于相干伊辛机的多肽设计方法，包括：从PDB数据库中获取蛋白质文件；基于所述蛋白质文件计算多肽链上的每个氨基酸的单体能量和两个不同位置氨基酸之间的二体能量以获取相互作用图；根据所述每个氨基酸的单体能量和所述两个不同位置氨基酸之间的二体能量生成所述伊辛模型，其中，通过将约束项添加至所述伊辛模型来限制解的数目，使得一个位置出现一个旋转异构体；以及使用所述相干伊辛机对添加约束项的伊辛模型进行求解以获得优化之后的多肽结构和序列。
[0008]上述技术方案的有益效果如下：使用者可以计算多肽链上的氨基酸的单体能量以及其二体能量，随后产生interaction graph（称为相互作用图），通过数学建模使用伊辛模型来实现对多肽的结构以及序列进行优化，与传统计算相比较而言，更为快速，准确率更高，可以快速的完成蛋白质骨架固定下的序列优化过程。
[0009]基于上述方法的进一步改进，计算多肽链上的每个氨基酸的单体能量和两个不同
位置氨基酸之间的二体能量以获得相互作用图包括：将所述每个氨基酸的单体能量储存在能量图中；以及将所述两个不同位置氨基酸之间的二体能量储存在能量图中以生成所述相互作用图。
[0010]基于上述方法的进一步改进，根据所述每个氨基酸的单体能量和所述两个不同位置氨基酸之间的二体能量生成伊辛模型包括：，其中，O(S
i
)表示rotamerS
i
处的单体能量，T(S
j
,S
k
)代表了rotamerS
j
和rotamerS
k
的二体作用能；，其中，为氨基酸单体能量，两个氨基酸之间的二体能量，为二值决策变量，表示多肽序列的第i位残基的氨基酸种类为氨基酸j，表示种类为j的氨基酸的单体能量，表示种类为j的氨基酸与种类为k的氨基酸在多肽序列上相邻时的二体能量。
[0011]基于上述方法的进一步改进，所述约束项包括：约束项为q
i,1
+
…
+q
i,m
=1，与所述约束项相对应的第一惩罚项为P[q
i,1
+
…
+q
i,m
+(
‑
1)]2，使得在任意一个位置有且只有一个旋转异构体。
[0012]基于上述方法的进一步改进，通过将约束项添加至所述伊辛模型中来限制解的数目包括：，其中，第三项为所述约束项，P为0至+∞之间的调节参数。
[0013]另一方面，本专利技术实施例提供了一种基于相干伊辛机的多肽设计装置，包括：获取模块，用于从PDB数据库中获取蛋白质文件；相互作用图生成模块，用于基于所述蛋白质文件计算多肽链上的每个氨基酸的单体能量和两个不同位置氨基酸之间的二体能量以获取相互作用图；伊辛模型生成模块，用于根据所述每个氨基酸的单体能量和所述两个不同位置氨基酸之间的二体能量生成伊辛模型，其中，通过将约束项添加至所述伊辛模型来限制解的数目，使得一个位置出现一个旋转异构体；以及优化模块，用于使用所述相干伊辛机对添加约束项的伊辛模型进行求解以获得优化之后的多肽结构和序列。
[0014]基于上述装置的进一步改进，所述相互作用图生成模块，用于将所述每个氨基酸的单体能量储存在能量图中；以及将所述两个不同位置氨基酸之间的二体能量储存在能量图中以生成所述相互作用图。
[0015]基于上述装置的进一步改进，所述伊辛模型包括：，其中，表示rotamer处的单体能量，代表了rotamer和rotamer的二体作用能；，其中，为氨基酸单体能量，两个氨基酸之间的二体能量，为二值决策变量，表示多肽序列的第i位残基的氨基酸种类为氨基酸j，表示种类为j的氨基酸的单体能量，表示种类为j的氨基酸与种类为k的氨基酸在多肽序列上相邻时的二体能量。
[0016]基于上述装置的进一步改进，添加约束项的伊辛模型包括：，其中，第三项为所述约束项，P为0至+∞之间的调节参数,所述约束项为q
i,1
+
…
+q
i,m
=1，与所述约束项相对应的第一惩罚项为P[q
i,1
+
…
+q
i,m
+(
‑
1)]2，使得在任意一个位置有且只有一个旋转异构体。
[0017]又一方面，本专利技术实施例提供了一种相干伊辛机，包括：激光源，生成激光并通过第一耦合器分为两束光，分别记为a和b；二次谐波装置，将所述两束光中的a光束进行倍频过程；光纤环路，将倍频后的a光束注入所述光纤环路，同时激发光学参量振荡器进行光学参量振荡过程，产生真空压缩光脉冲，所述光脉冲在所述光纤环路中循环；第二耦合器，将所述两束光中的b光束顺序经过强度调制器和相位调制器的调制后，经由所述第二耦合器重新输入到光纤环路中，与所述光脉冲对齐并叠加干涉，产生相干光脉冲，在下一个循环激发光学参量振荡器进行光学参量振荡过程，产生新的真空压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于相干伊辛机的多肽设计方法，其特征在于，包括：从PDB数据库中获取蛋白质文件；基于所述蛋白质文件计算多肽链上的每个氨基酸的单体能量和两个不同位置氨基酸之间的二体能量以获取相互作用图；根据所述每个氨基酸的单体能量和所述两个不同位置氨基酸之间的二体能量生成伊辛模型，其中，通过将约束项添加至所述伊辛模型来限制解的数目，使得一个位置出现一个旋转异构体；以及使用所述相干伊辛机对添加约束项的伊辛模型进行求解以获得优化之后的多肽结构和序列。2.根据权利要求1所述的基于相干伊辛机的多肽设计方法，其特征在于，计算多肽链上的每个氨基酸的单体能量和两个不同位置氨基酸之间的二体能量以获得相互作用图包括：将所述每个氨基酸的单体能量储存在能量图中；以及将所述两个不同位置氨基酸之间的二体能量储存在能量图中以生成所述相互作用图。3.根据权利要求2所述的基于相干伊辛机的多肽设计方法，其特征在于，根据所述每个氨基酸的单体能量和所述两个不同位置氨基酸之间的二体能量生成伊辛模型包括：，其中，O(S
i
)表示rotamerS
i
处的单体能量，T(S
j
,S
k
)代表了rotamerS
j
和rotamerS
k
的二体作用能；，其中，为氨基酸单体能量，两个氨基酸之间的二体能量，为二值决策变量，表示多肽序列的第i位残基的氨基酸种类为氨基酸j，表示种类为j的氨基酸的单体能量，表示种类为j的氨基酸与种类为k的氨基酸在多肽序列上相邻时的二体能量。4.根据权利要求3所述的基于相干伊辛机的多肽设计方法，其特征在于，所述约束项包括：约束项为q
i,1
+
…
+q
i,m
=1，与所述约束项相对应的第一惩罚项为P[q
i,1
+
…
+q
i,m
+(
‑
1)]2，使得在任意一个位置有且只有一个旋转异构体。5.根据权利要求4所述的基于相干伊辛机的多肽设计方法，其特征在于，通过将约束项添加至所述伊辛模型中来限制解的数目包括：，其中，第三项为所述约束项，P为0至+∞之间的调节参数。6.一种基于相干伊辛机的多肽设计装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于从PDB数据库中获取蛋白质文件；相互作用图生成模块，用于基于所述蛋白质文件计算多肽链上的每个氨基酸的单体能量和两个不同位置氨基酸之间的二体能量以获取相互作用图；伊辛模型...

【专利技术属性】
技术研发人员：文凯，马寅，曹崇育，刘若辰，
申请(专利权)人：北京玻色量子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：