一種計算機輔助篩選小分子化合物靶標(biāo)適配體的實現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及計算機與生物傳感器交叉技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種計算機輔助篩選小分子化合物靶標(biāo)適配體的實現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]適配體(Aptamer)指的是能特異結(jié)合蛋白或其他小分子物質(zhì)的單鏈寡聚核苷酸，可以是RNA也可以是DNA，長度一般為25?60個核苷酸。對于小分子化合物靶標(biāo)而言，適配體常被開發(fā)為生物傳感器，用于快速、高靈敏的檢測樣品中對應(yīng)小分子化合物的含量。而然，針對不同的小分子化合物開發(fā)生物傳感器，離不開對應(yīng)靶標(biāo)適配體的篩選。傳統(tǒng)的適配體篩選方法為SELEX技術(shù)，主要包括單鏈隨機序列核酸庫的合成、隨機序列核酸庫與靶標(biāo)的孵育結(jié)合、適配體-靶標(biāo)復(fù)合物的分離、適配體從靶標(biāo)上的洗脫、適配體的PCR擴增、利用PCR產(chǎn)物制備新的單鏈適配體庫、新適配體庫進而重復(fù)上述步驟的過程。這個過程往往需要重復(fù)10-20輪，然后通過克隆、連接、轉(zhuǎn)化、質(zhì)粒提取、陽性質(zhì)粒鑒定、傳統(tǒng)核酸測序才能找到對應(yīng)靶標(biāo)的候選適配體，再通過結(jié)合試驗測試候選適配體與對應(yīng)靶標(biāo)的親和力，最終確定有效的適配體。由此可見，SELEX技術(shù)的篩選時間長、勞動強度大、篩選成本高。而且，由于整個過程中，涉及了大量的有機試劑和化學(xué)危險品，對人體具有一定的傷害。尤其是，因為PCR技術(shù)具有偏好性，即不同的核酸序列擴增效率不同。部分與靶標(biāo)具有特異性結(jié)合的核酸序列可能會因為自身擴增效率低下而被淹沒在大量的非特異性結(jié)合的序列之中，從而造成最后得到的特異性結(jié)合的核酸序列(即適配體)種類偏低。甚至隨著篩選輪數(shù)的增加，可能會使所有的特異性結(jié)合的核酸序列均因PCR偏好性而被淘汰，最終導(dǎo)致適配體的篩選失敗。
[0003]因此，SELEX技術(shù)具有篩選時間長、勞動強度大、篩選成本高、篩選種類少、對人體傷害大，且成功率較低等缺點。
[0004]分子對接技術(shù)是利用計算機計算不同位置和構(gòu)象下，兩個分子之間的各種相互作用力，最終預(yù)測兩個分子之間的親和力的過程?；诜肿訉蛹夹g(shù)的計算機輔助虛擬篩選最早用于預(yù)測不同種類的小分子化合物分別與靶標(biāo)的親和力，以篩選出與靶標(biāo)親和力強的小分子化合物，作為針對某個靶標(biāo)的候選藥物。隨后，人們設(shè)計了同樣利用基于分子對接技術(shù)的反向虛擬篩選方法。該方法是預(yù)測不同的蛋白質(zhì)靶標(biāo)與同一小分子化合物的親和力，以篩選出與某一小分子化合物親和力強的蛋白質(zhì)靶標(biāo)，作為蛋白質(zhì)組的研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的是提供一種計算機輔助篩選小分子化合物靶標(biāo)適配體的實現(xiàn)方法，通過本發(fā)明可實現(xiàn)快速、簡便、經(jīng)濟、高效、綠色的篩選小分子化合物靶標(biāo)適配體的目的，解決了SELEX技術(shù)固有的篩選時間長、勞動強度大、篩選成本高、篩選種類少、對人體傷害大，且成功率較低等缺點。為小分子化合物生物傳感器的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。
[0006]本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0007]本發(fā)明提供一種計算機輔助篩選小分子化合物靶標(biāo)適配體的實現(xiàn)方法，其改進之處在于，所述方法利用基于分子對接技術(shù)的反向虛擬篩選算法實現(xiàn)，包括下述步驟:
[0008](I)根據(jù)用戶輸入的序列長度生成指定長度為η的隨機不重復(fù)序列；
[0009](2)對隨機不重復(fù)序列中的每一個序列進行雙鏈DNA結(jié)構(gòu)的建模，生成對應(yīng)雙鏈DNA三維結(jié)構(gòu)文件;對每一個生成的雙鏈DNA的三維結(jié)構(gòu)文件進行格式轉(zhuǎn)換，使其能夠用于下一步的分子對接；
[0010](3)對靶標(biāo)小分子進行格式轉(zhuǎn)換，使其能夠用于下一步的分子對接；
[0011 ] (4)將每一個革E標(biāo)小分子與每一個適配體分別進行分子對接；
[0012](5)對接之后的得分文件被兩個矩陣生成函數(shù)讀取，分別生成兩種得分矩陣文件，能夠從中查找與靶標(biāo)小分子得分最高的雙鏈DNA序列。
[0013]進一步地，所述步驟(I)包括下述步驟:
[0014]I)建立輸入函數(shù)，用于確定雙鏈DNA的長度；
[0015]2)構(gòu)建遞歸函數(shù)，使得進入遞歸函數(shù)時，對初始序列分別添加A、T、C、G中的每個字符，產(chǎn)生4個新的、比之前多一個字符的序列；當(dāng)輸入的長度為η，會產(chǎn)生4"個不同的DNA序列；
[0016]3)對雙鏈DNA而言，其反向序列與正向序列的兩個DNA雙螺旋為同一分子，需要去除其中的一條，基于分子對接技術(shù)的反向虛擬篩選算法自動去除反向序列，實現(xiàn)過程包括:將所有的生成序列都添加到一個列表中，并執(zhí)行循環(huán)語句，用if語句判斷正向序列與反向序列是否相等，如果相等，不作任何處理;如果不相等，從列表中刪除該序列的反向序列；
[0017]對雙鏈DNA而言，去正向互補序列與正向序列的兩個DNA雙螺旋為同一分子，需要去除其中的一條，基于分子對接技術(shù)的反向虛擬篩選算法自動去除正向互補序列；實現(xiàn)過程包括:將所有的生成序列都添加到一個列表中，并執(zhí)行循環(huán)語句，用if語句判斷正向序列與正向互補序列是否相等，如果相等，不作任何處理;如果不相等，從列表中刪除該序列的正向互補序列；
[0018]對雙鏈DNA而言，其反向互補序列與正向序列的兩個DNA雙螺旋為同一分子，需要去除其中的一條，基于分子對接技術(shù)的反向虛擬篩選算法自動去除反向互補序列，實現(xiàn)過程包括:將所有的生成序列都添加到一個列表中，并執(zhí)行循環(huán)語句，用if語句判斷反向序列與正向互補序列是否相等，如果相等，不作任何處理;如果不相等，從列表中刪除該序列的反向互補序列；
[0019]通過從4"個不同的DNA序列中去除反向序列、正向互補序列和反向互補序列后，SP生成了指定長度為η的隨機不重復(fù)序列。
[0020]進一步地，所述步驟(2)包括下述步驟:
[0021]〈1>利用文件存儲函數(shù)將先前生成的指定長度為η的隨機不重復(fù)序列分別建立成為Ambertoo I s軟件中nab模塊識別的拓展名為.nab的對應(yīng)序列名的文件；
[0022]〈2>利用循環(huán)語句構(gòu)建每一個雙鏈DNA三維結(jié)構(gòu)文件；
[0023]〈3>生成的每個雙鏈DNA三維結(jié)構(gòu)文件分別經(jīng)過去氫化和加極性氫加電場操作進行格式轉(zhuǎn)換，生成用于分子對接的雙鏈DNA三維結(jié)構(gòu)文件。
[0024]進一步地，所述步驟〈2>包括:通過LINUX系統(tǒng)的locate命令首先判斷系統(tǒng)中安裝的是雙鏈DNA結(jié)構(gòu)的建模模塊nab還是支持平行計算的mpinab，并通過if語句判斷系統(tǒng)是否含有mpinab而確定是否進行平行計算；
[0025]當(dāng)進行三維模型構(gòu)建時，建模模塊nab生成一個a.0ut的可執(zhí)行文件，并通過完全生成函數(shù)判斷a.0ut是否完全生成，當(dāng)判斷a.0ut確實生成后，通過系統(tǒng)進一步執(zhí)行a.0ut文件生成對應(yīng)雙鏈DNA三維結(jié)構(gòu)文件。
[0026]進一步地，所述步驟〈3>中的去氫化操作通過去氫函數(shù)實現(xiàn)，包括:利用文件讀取函數(shù)將生成的雙鏈DNA三維結(jié)構(gòu)文件中的每一行都加入到列表中，利用循環(huán)語句、if語句對雙鏈DNA三維結(jié)構(gòu)文件中的每一行進行判斷，判斷是否為氫原子對應(yīng)的行，如果是，不進行任何操作，如果不是，利用寫入函數(shù)將改行內(nèi)容添加到一個新的名為“對應(yīng)序列”加dH.pdb”的文件中；利用循環(huán)語句對每一個雙鏈DNA三維結(jié)構(gòu)文件進行去氫化；
[0027]加極性氫加電場操作包括:利用循環(huán)語句和Mgltools*prepare_receptor4.p}4；i塊對每一個經(jīng)過去氫化操作的雙鏈DNA三維結(jié)構(gòu)文件進行處理，生成每一個對應(yīng)的用于分子對接格式的雙鏈DNA三維結(jié)構(gòu)文件。
[0028]進一步地，所述步驟(3)利用開源軟件open babel對革E標(biāo)小分子進行格式轉(zhuǎn)換，包括:通過if語句對雙鏈DNA 二維結(jié)構(gòu)文件格式或三維結(jié)構(gòu)文件格式分門別類進行不同類型的處理;通過文本處理語句保留了原文件的全名作為生成文件的前綴，避免生成文件名相同的文件，防止因文件名相同而互相覆蓋的錯誤。
[0029]進一步地，所述步驟(4)包括:
[0030]A、對接位點及對接范圍的計算；
[0031]B、利用基于分子對接技術(shù)的反向虛擬篩算法將雙鏈DNA行進分子對接，預(yù)測不同的雙鏈DNA靶標(biāo)與特定小分子化合物的親和力，找到與靶標(biāo)小