本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種基于３－臂ＤＮＡ分子的ＤＮＡ計算機(jī)廣義表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，包括表結(jié)點數(shù)據(jù)元素和原子結(jié)點數(shù)據(jù)元素，其特征在于，所述的方法包括下列步驟：（１）設(shè)計限制性內(nèi)切酶的識別位點Ｅ（ｉ）；（２）設(shè)計限制性內(nèi)切酶的識別位點Ｅｈ；（３）設(shè)計限制性內(nèi)切酶的識別位點Ｅｔ；（４）設(shè)計特定的ＤＮＡ序列ｓｔｉｃｋ；其中特定的ＤＮＡ序列包括ｓ，ｓ１，ｓ２；（５）設(shè)計特定的ＤＮＡ序列ｅｌｅｍｅｎｔ；（６）設(shè)計限制性內(nèi)切酶的識別位點Ｅｃ；（７）設(shè)計限制性內(nèi)切酶的識別位點Ｅ。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在計算機(jī)中占有重要地位，本發(fā)明專利技術(shù)解決了ＤＮＡ計算機(jī)中信息的合理組織和合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，有效地組織ＤＮＡ計算機(jī)需要處理的信息。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬生物技術(shù)及DNA計算領(lǐng)域，特別是涉及一種基于3-臂DNA分子的DNA計算機(jī)廣義表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。
技術(shù)介紹
DNA計算中被處理的數(shù)據(jù)存儲在DNA分子中，數(shù)據(jù)的處理通過諸如合成、雜交、剪切等基因工程的方法來實現(xiàn)。DNA計算的最大優(yōu)點是極大的存儲密度和計算的高度并行性。科學(xué)家在DNA計算領(lǐng)域已經(jīng)取得了許多研究成果：1994年，Adleman首次成功地在實驗室應(yīng)用DNA分子解決了7節(jié)點的Hamilton路徑問題，證明了運用DNA分子進(jìn)行計算的可行性；1995年，Lipton提出了運用DNA實驗解決可滿足性問題的方法；1997年，Ouyang等人通過對全體可能的連通子圖構(gòu)建相應(yīng)的DNA分子計算池，從而解決了6節(jié)點的最大連通子圖問題。1996年，Guarnieri等首次給出了DNA計算機(jī)運算系統(tǒng)中正有理數(shù)的進(jìn)位加法運算；1999年，Yurke等提出了一種對輸入串與運算串的DNA分子編碼是分離的DNA計算機(jī)系統(tǒng)中的加法運算模型。2001年，Shapiro等提出了一種以DNA分子為載體的有限狀態(tài)自動機(jī)模型，該模型的硬件由生物操縱酶實現(xiàn)，軟件和輸入數(shù)據(jù)是預(yù)先編碼的DNA分子，通過在試管中自動完成一系列剪切、連接循環(huán)最后可以得到編碼了最終狀態(tài)的輸出分子；2004年，Shapiro等又提出了一種用于控制基因表達(dá)的分子自動計算機(jī)并應(yīng)用于疾病診斷治療。DNA計算機(jī)要走向?qū)嶋H應(yīng)用，必須與電子計算機(jī)一樣，需要解決DNA計算機(jī)中信息的合理組織，這就需要合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來有效地組織DNA計算機(jī)需要處理的信息。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在計算機(jī)中占有重要地位，它有多種類型，如：隊列、堆棧、表、樹、圖等。廣義表是一種重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，被廣泛應(yīng)用在計算機(jī)各個領(lǐng)域。使用k-臂DNA分子進(jìn)行計算于1999年由Jonoska等提出。他們所提出的算法模型用于解3-可滿足性問題(3-SAT)及3-頂點著色問題(3-VCP)，其算法所要求的步驟與公式中的變量數(shù)相等，并且解3-VCP的算法步驟不隨變量數(shù)的增加而增加。2002年，他們使用這種DNA分子構(gòu)造了相應(yīng)的三維圖結(jié)構(gòu)。用k-臂DNA分子來表示圖中度為k的頂點，直觀地反映了圖結(jié)構(gòu)，使算法很容易理解。類似于k臂DNA分子的結(jié)構(gòu)自然界已存在，如Holliday中間體。在分子生物學(xué)實驗原理上，用這些分子作為頂點構(gòu)造三維圖結(jié)構(gòu)是可行的，如果某頂點的度為k，則用k臂分子作為其頂點構(gòu)造塊。-->
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是提供一種DNA計算機(jī)中廣義表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法。特別給出基于3-臂DNA分子的DNA計算機(jī)中廣義表的表結(jié)點和原子結(jié)點的設(shè)計以及初始化、創(chuàng)建和遍歷廣義表的方法。本專利技術(shù)解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種基于3-臂DNA分子的DNA計算機(jī)廣義表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，包括表結(jié)點數(shù)據(jù)元素和原子結(jié)點數(shù)據(jù)元素，其特征在于，所述的方法包括下列步驟：參見圖1，(1)設(shè)計限制性內(nèi)切酶的識別位點E(i)：在這種酶的活性條件下，在E(i)所在臂上被從廣義表上剪切下來，獲取結(jié)點；(2)設(shè)計限制性內(nèi)切酶的識別位點Eh：在該酶的活性條件下，在Eh所在臂上被剪切形成粘性末端，以便新的鏈表結(jié)點鏈接到廣義表的表頭結(jié)點；(3)設(shè)計限制性內(nèi)切酶的識別位點Et：在該酶的活性條件下，在Et所在臂上被剪切形成粘性末端，以便新的鏈表結(jié)點鏈接到廣義表的表尾結(jié)點；(4)設(shè)計特定的DNA序列stick：預(yù)先設(shè)計好的結(jié)點通過在這個序列上發(fā)生連接反應(yīng)而被鏈接到廣義表上；(5)設(shè)計特定的DNA序列element：這個序列用來表征廣義表的元素值；(6)設(shè)計限制性內(nèi)切酶的識別位點Ec：在該酶的活性條件下，element元素值能被檢測分子識別；(7)設(shè)計限制性內(nèi)切酶的識別位點E；粘性末端s與元素結(jié)點中酶Eh所剪切的粘性末端互補，以便將值element添加到元素結(jié)點中。所述的Et和Eh所產(chǎn)生的粘性末端相同。所述的各種限制性內(nèi)切酶不能為同一種酶。所述的廣義表的操作包括初始化、創(chuàng)建廣義表和遍歷廣義表。所述的初始化是指初始化一個不含任何元素的空的廣義表(如圖2所示)；sinn片段是E0的剪切位點上的特定堿基序列，用以標(biāo)示該結(jié)點是廣義表的首結(jié)點。所述的創(chuàng)建廣義表，是指將廣義表的元素按照邏輯結(jié)構(gòu)逐次插入到廣義表上；除了已經(jīng)初始化的空的廣義表外，還需要以下幾種DNA片段：(如圖3所示)(a)元素結(jié)點：所有最終插入到廣義表的結(jié)點都由元素結(jié)點經(jīng)過相應(yīng)的操作獲取；(b)值片段：該片段是線性的DNA分子，和元素結(jié)點一起構(gòu)造DNA計算機(jī)中廣義表-->的原子結(jié)點；該片段包含粘性末端s、特定的Ec內(nèi)切酶識別位點和表征元素值的element序列三個關(guān)鍵部分；其中粘性末端s與元素結(jié)點中酶Eh所剪切的粘性末端互補，以便將值element添加到元素結(jié)點中；(c)結(jié)點片段：該片段和元素結(jié)點一起用來構(gòu)造最終的結(jié)點；該片段包含酶E(i)、粘性末端s1、粘性末端s2三個特定部分；其粘性末端s1與元素結(jié)點酶E所剪切的粘性末端互補，以便將剪切結(jié)點E(i)的酶添加到元素結(jié)點中；粘性末端s2與酶E(i-1)形成的粘性末端互補。所述的構(gòu)造這三種DNA片段時，必須按照這些酶的識別位點和剪切位點來設(shè)計其余部分的DNA序列。所述的對于含有n個元素值和m個表結(jié)點的廣義表，必須構(gòu)造n種值片段和m種結(jié)點片段，以及1種元素結(jié)點。所述的遍歷廣義表，是指對于創(chuàng)建好的廣義表L，遍歷其中的結(jié)點；所述的遍歷廣義表，從廣義表的最后一個結(jié)點開始，逐次向前回溯，直到首結(jié)點；對于首結(jié)點，已經(jīng)預(yù)先設(shè)計了標(biāo)志sign序列，只需要用設(shè)計好的合適的檢測分子就能判斷。有益效果數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在計算機(jī)中占有重要地位，本專利技術(shù)使DNA計算機(jī)與電子計算機(jī)一樣走向?qū)嶋H應(yīng)用，解決了DNA計算機(jī)中信息的合理組織和合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，有效地組織DNA計算機(jī)需要處理的信息。附圖說明圖1為廣義表的結(jié)點圖。?????????????其中：a表結(jié)點??b原子結(jié)點圖2為不含任何元素的空廣義表圖。圖3為片段和元素結(jié)點構(gòu)造最終的結(jié)點圖。????其中：(a)元素結(jié)點；(b)值片段；???????????????????????????????????????????????(c)結(jié)點片段圖4為添加元素a的創(chuàng)建過程示意圖。圖5為獲取元素c的遍歷過程示意圖。具體實施方式下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步闡述本專利技術(shù)。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本專利技術(shù)而不用于限制本專利技術(shù)的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本專利技術(shù)講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本專利技術(shù)作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限-->定的范圍。1、以創(chuàng)建簡單的廣義表L＝(a，b，c)為例來說明創(chuàng)建廣義表的步驟。(1)合成空的廣義表、編碼元素(a，b，c)的三種值片段、兩種結(jié)點片段和元素結(jié)點。(2)在酶Eh的活性條件下，剪切廣義表的表頭部位，形成粘性末端s’；然后在連接酶的作用下將編碼元素值a的值片段連接到廣義表上。(3)在酶E的活性條件下，剪切元素結(jié)點，形成粘性末端s1’；然后在連接酶的作用下將具有互補粘性末端s1的片段結(jié)點1連接到元素結(jié)點上。(4)在酶Et的活性條件下，剪切廣義表的表尾部位，形成粘性末端s2’；在連接酶的作用下，將步驟(3)得到的元素結(jié)點(具有粘性末端s2’)連接到廣義表上。(5)重復(fù)步驟(2)(3本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種基于３－臂ＤＮＡ分子的ＤＮＡ計算機(jī)廣義表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，包括表結(jié)點數(shù)據(jù)元素和原子結(jié)點數(shù)據(jù)元素，其特征在于，所述的方法包括下列步驟： （１）設(shè)計限制性內(nèi)切酶的識別位點Ｅ（ｉ）：在這種酶的活性條件下，在Ｅ（ｉ）所在臂上被從廣義表上剪 切下來，獲取結(jié)點； （２）設(shè)計限制性內(nèi)切酶的識別位點Ｅｈ：在該酶的活性條件下，在Ｅｈ所在臂上被剪切形成粘性末端，以便新的鏈表結(jié)點鏈接到廣義表的表頭結(jié)點； （３）設(shè)計限制性內(nèi)切酶的識別位點Ｅｔ：在該酶的活性條件下，在Ｅｔ所在臂上被 剪切形成粘性末端，以便新的鏈表結(jié)點鏈接到廣義表的表尾結(jié)點； （４）設(shè)計特定的ＤＮＡ序列ｓｔｉｃｋ：其中特定的ＤＮＡ序列包括ｓ，ｓ１，ｓ２，預(yù)先設(shè)計好的結(jié)點通過在這個序列上發(fā)生連接反應(yīng)而被鏈接到廣義表上； （５）設(shè)計特定的ＤＮＡ序 列ｅｌｅｍｅｎｔ：這個序列用來表征廣義表的元素值； （６）設(shè)計限制性內(nèi)切酶的識別位點Ｅｃ：在該酶的活性條件下，ｅｌｅｍｅｎｔ元素值能被檢測分子識別； （７）粘性末端ｓ與元素結(jié)點中酶Ｅｈ所剪切的粘性末端互補，以便將值ｅｌｅｍｅｎｔ 添加到元素結(jié)點中。...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于3-臂DNA分子的DNA計算機(jī)廣義表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，包括表結(jié)點數(shù)據(jù)元素和原子結(jié)點數(shù)據(jù)元素，其特征在于，所述的方法包括下列步驟：(1)設(shè)計限制性內(nèi)切酶的識別位點E(i)：在這種酶的活性條件下，在E(i)所在臂上被從廣義表上剪切下來，獲取結(jié)點；(2)設(shè)計限制性內(nèi)切酶的識別位點Eh：在該酶的活性條件下，在Eh所在臂上被剪切形成粘性末端，以便新的鏈表結(jié)點鏈接到廣義表的表頭結(jié)點；(3)設(shè)計限制性內(nèi)切酶的識別位點Et：在該酶的活性條件下，在Et所在臂上被剪切形成粘性末端，以便新的鏈表結(jié)點鏈接到廣義表的表尾結(jié)點；(4)設(shè)計特定的DNA序列stick：其中特定的DNA序列包括s，s1，s2，預(yù)先設(shè)計好的結(jié)點通過在這個序列上發(fā)生連接反應(yīng)而被鏈接到廣義表上；(5)設(shè)計特定的DNA序列element：這個序列用來表征廣義表的元素值；(6)設(shè)計限制性內(nèi)切酶的識別位點Ec：在該酶的活性條件下，element元素值能被檢測分子識別；(7)粘性末端s與元素結(jié)點中酶Eh所剪切的粘性末端互補，以便將值element添加到元素結(jié)點中。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于3-臂DNA分子的DNA計算機(jī)廣義表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于：所述的Et和Eh所產(chǎn)生的粘性末端相同。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于3-臂DNA分子的DNA計算機(jī)廣義表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于：所述的各種限制性內(nèi)切酶不能為同一種酶。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于3-臂DNA分子的DNA計算機(jī)廣義表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于：所述的廣義表的操作包括初始化、創(chuàng)建廣義表和遍歷廣義表。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于3-臂DNA分子的DNA計算機(jī)廣義表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于：所述的初始化是指初始化一個不含任何元素的空的廣義表；sign片段是E0的剪切位點上的特定堿基序列，用以標(biāo)示...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：丁永生，李汪根，任立紅，
申請(專利權(quán))人：東華大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：31[中國|上海]
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