基于高性能计算平台的小分子靶标核酸适配体计算机辅助筛选方法及小分子靶标核酸适配体技术

本发明专利技术提供了一种基于高性能计算平台的小分子靶标核酸适配体计算机辅助筛选方法，涉及分子生物学技术领域。首先对小分子靶标进行结构分析，其次在小分子化合物库中进行筛选，如符合匹配原则，则作为目标小分子靶标，与核酸分子进行分子对接，如不符合匹配原则，则可进行分子结构构建，将分子结构构建后的小分子靶标作为目标小分子靶标，与核酸分子进行分子对接，如果对接成功，则核酸分子为初选核酸适配体，解决了小分子靶标与核酸分子的结合位点少、亲和力弱，核酸分子抓靶困难、耗材多，小分子靶标结合核酸形成的复合物与核酸自身的大小、质量、电荷性质等方面差异较小，二者的分离难度大的问题。

Computer Aided Screening of Small Molecular Target Nucleic Acid Adapters Based on High Performance Computing Platform and Small Molecular Target Nucleic Acid Adapters

【技术实现步骤摘要】
基于高性能计算平台的小分子靶标核酸适配体计算机辅助筛选方法及小分子靶标核酸适配体
本专利技术涉及分子生物学
，尤其是涉及基于高性能计算平台的小分子靶标核酸适配体计算机辅助筛选方法及小分子靶标核酸适配体。
技术介绍
计算生物学是一门充满活力的新兴交叉学科，在目前生物学研究中不断扮演着重要的角色，也是目前阐述生物学机理研究的一个重要工具。计算生物学能够完成基于大量生物学数据及复杂的计算过程，是目前生命学科与非生命学科的大交叉，具有高效便捷的特点。在基因与蛋白质的计算机辅助设计、比较基因组分析、生物系统模型、细胞信号传导与基因调控网络研究、专家数据库、生物软件包等领域发挥重要作用。计算生物学中的蛋白核酸对接技术，为预测蛋白质-核酸复合物结构的有效方法，为研究生物学过程中蛋白质-核酸的相互作用提供了重要的工具。核酸适配体是从一种人工合成的寡核苷酸文库中筛选得到的能与靶分子高亲和性和高特异性性结合的单链寡核苷酸，可以是单链DNA(ssD-NA)，也可以是RNA。它能高亲和性和专一性的与小分子、金属离子、有机物、氨基酸、肽段、核酸、蛋白质甚至整个细胞结合。核酸适配体与各种靶分子的结合是基于单链寡核苷酸的结构和空间构象的多样性。核酸适配体可以通过链内互补碱基G-A、A-U的配对(RNA中还存在G-U配对)以及静电作用、氢键作用等自身形成发夹、茎环、假结、口袋或G-四分体等多种三维空间结构，这些三维结构成为核酸适配体与靶分子特定区域结合的基础，二者之间的结合主要通过“假碱基对”的堆积作用、氢键作用、静电作用。核酸适配体特有的生化特性使其在生物医学应用领域具备许多优势。核酸适配体的生化特点主要体现在：1)高亲和力。核酸适配体与靶分子的解离常数可达nmol/L或pmol/L水平；2)强稳定性。变性的适配体可在数分钟内复性，便于长期保存和运输；3)无免疫原性，无毒，组织渗透性好；4)可修饰性。如荧光标记、生物素标记等；5)靶分子的广泛性。小到ATP、氨基酸、金属离子，大到蛋白质，甚至完整的病毒、细菌和细胞等。理论上，核酸适配体的靶分子几乎涵盖自然界中的所有物质。6)分子量小。7)稳定性好。8)制备和标记方便等优点。核酸适配体的应用主要体现在：1)在生物医药领域可以利用核酸适配体进行分子诊断和生物体内靶向治疗(治疗新药、药物运输、癌细胞的检测、抗体诊断、生物成像、生物标志物的发现、毒品检测、抗病毒等，具体为：作为治疗新药，部分产品已经通过FDA批准上市；在药物靶向运输中，核酸适配体是最有力的生物配体，因此能准确有效的进行疾病的治疗；借助现代生物技术及分析化学方法，将核酸适配体应用到相应的生物传感器中，可以实现疾病的早期检测；核酸适配体不仅可以提高生物成像的分辨率，还可以找到与恶性肿瘤等疾病相关的生物标志物；能够结合到病毒的特定部位，作为阻断剂影响病毒的复制和翻译等步骤，从而中断疾病的发生，还可以直接识别被感染的细胞。核酸适配体及其筛选技术的不断进步，有助于人们进一步认识分子间的相互作用和疾病发生的分子生物学机制等)；2)检测食品安全(小分子食品添加剂或非法添加物问题，对该类物质进行快速、特异、敏感、高通量检测亦迫在眉睫)。3)生物恐怖因子检测(需要快速、特异、敏感、高通量)。现有的小分子靶标核酸适配体的筛选技术为体外SELEX技术，具体方法如下：筛选过程从化学合成一个1014～1015随机序列的寡核苷酸序列库开始，然后在一定温度下将随机核酸库与小分子靶标置于缓冲液中温育，这时，有极少部分序列可与小分子靶标相互作用，用物理方法(固相亲和层析法或离心法)将这些序列与库中其他序列分离出来，那些不与小分子靶标结合的序列被洗脱出来，用PCR方法扩增放大获得一个亲和力增强的核酸库，然后与小分子靶标再共育进行下一轮的筛选。经过数轮的筛选与放大，对大多数小分子靶标而言，筛选与之相匹配的适配分子需要8～24轮循环，达到亲和饱和，然后对此时的核酸库克隆测序，获得库中每一条序列的信息，并根据每一序列与小分子靶标的亲和力作进一步定性，一旦序列确定下来，再用化学合成方法大量制备适配体分子。但是，现有的小分子靶标核酸适配体的筛选技术缺点主要体现在：1，小分子靶标与核酸分子的结合位点少、亲和力弱，核酸分子抓靶困难。2，筛选过程中小分子靶标需要固定在特定载体上，耗材多。3，小分子靶标结合核酸形成的复合物与核酸自身的大小、质量、电荷性质等方面差异较小，二者的分离难度大。4，筛选流程复杂、筛选循环次数多。5，耗时长、耗费的人力物力大。6，筛选成功率低。由此可见，传统的小分子靶标核酸适配体筛选方法是通过指数级富集配体系统进化技术筛选得到，需要对预富集的文库进行测序，再从大量的测序结果中挑选出亲和力高、选择性好的小分子靶标核酸适配体序列，这一过程存在耗时长、效率低、成本高、难以实现自动化的问题。即，该方法周期长，劳动量大，成本高，此外，过多的试验次数和试验周期，会出现错配问题，每次收敛过程，目标序列由于没有得到扩增，从而造成目标序列的丢失。因此，亟待研究一种实验次数少、工作强度低、发展高效快速、准确度高的小分子靶标核酸适配体的方法，以满足日益增长的科学、医疗需求。应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本专利技术的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些技术方案在本专利技术的技术背景部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种快速、特异、敏感、高通量的基于高性能计算平台的小分子靶标核酸适配体计算机辅助筛选方法，能够减少筛选复杂度及次数，大大节约人力、物力且筛选成功率高，相对于传统单纯湿法实验筛选方法，使得筛选准确度更高，目标序列丢失降低，使得筛选更有针对性，解决了小分子靶标与核酸分子的结合位点少、亲和力弱，核酸分子抓靶困难、耗材多，小分子靶标结合核酸形成的复合物与核酸自身的大小、质量、电荷性质等方面差异较小，二者的分离难度大的问题，具有重要的研究意义和使用价值。为实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：本专利技术提供的基于高性能计算平台的小分子靶标核酸适配体计算机辅助筛选方法，包括：步骤一，对小分子靶标进行结构分析；步骤二，根据匹配原则，在小分子化合物库中对小分子靶标进行筛选；判断所述小分子靶标是否符合所述匹配原则；如果所述小分子靶标符合所述匹配原则，则所述小分子靶标作为目标小分子靶标；如果所述小分子靶标不符合所述匹配原则，则根据靶标小分子结构式进行分子结构构建，将分子结构构建后的小分子靶标作为目标小分子靶标；步骤三，所述目标小分子靶标在核酸分子数据库中与核酸分子进行分子对接，判断所述目标小分子靶标与所述核酸分子是否对接成功：如果对接成功，则所述核酸分子为初选核酸适配体；如果对接不成功，则重复步骤三。可选地，步骤二中所述匹配原则为所述小分子靶标为不同基团组成的分子、含相同基团的同类分子、基团相同空间结构不同的手性分子及离子。可选地，根据不同类型的小分子靶标选择不同的结合模式、结合参数或结合结构特征在核酸分子数据库中与核酸分子进行分子对接。可选地，所述结合模式主要指小分子靶标与核酸适配体的空间结构匹配度。可选地，所述小分子化合物库为ZING数据库。可选地，利用检索加速引本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于高性能计算平台的小分子靶标核酸适配体计算机辅助筛选方法，其特征在于，包括：步骤一，对小分子靶标进行结构分析；步骤二，根据匹配原则，在小分子化合物库中对小分子靶标进行筛选；判断所述小分子靶标是否符合所述匹配原则；如果所述小分子靶标符合所述匹配原则，则所述小分子靶标作为目标小分子靶标；如果所述小分子靶标不符合所述匹配原则，则根据靶标小分子结构式进行分子结构构建，将分子结构构建后的小分子靶标作为目标小分子靶标；步骤三，所述目标小分子靶标在核酸分子数据库中与核酸分子进行分子对接，判断所述目标小分子靶标与所述核酸分子是否对接成功：如果对接成功，则所述核酸分子为初选核酸适配体；如果对接不成功，则重复步骤三。

【技术特征摘要】
1.一种基于高性能计算平台的小分子靶标核酸适配体计算机辅助筛选方法，其特征在于，包括：步骤一，对小分子靶标进行结构分析；步骤二，根据匹配原则，在小分子化合物库中对小分子靶标进行筛选；判断所述小分子靶标是否符合所述匹配原则；如果所述小分子靶标符合所述匹配原则，则所述小分子靶标作为目标小分子靶标；如果所述小分子靶标不符合所述匹配原则，则根据靶标小分子结构式进行分子结构构建，将分子结构构建后的小分子靶标作为目标小分子靶标；步骤三，所述目标小分子靶标在核酸分子数据库中与核酸分子进行分子对接，判断所述目标小分子靶标与所述核酸分子是否对接成功：如果对接成功，则所述核酸分子为初选核酸适配体；如果对接不成功，则重复步骤三。2.根据权利要求1所述的基于高性能计算平台的小分子靶标核酸适配体计算机辅助筛选方法，其特征在于，步骤二中所述匹配原则为所述小分子靶标为不同基团组成的分子、含相同基团的同类分子、基团相同空间结构不同的手性分子及离子。3.根据权利要求2所述的基于高性...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘书霞，赵新颖，裴智勇，杨杰，刘满姣，袁寒玉，
申请(专利权)人：北京市计算中心，
类型：发明
国别省市：北京,11