基于局部茎搜索的RNA二级结构预测算法

RNA的二级结构预测是生物信息学中一个已经有30多年历史的经典问题,基于最小自由能模型(MFE)的优化算法是使用最为广泛的方法．但RNA结构中假结的存在使MFE问题理论上成为一个NP-hard问题,即使采用动态规划等优化算法也会面临时间复杂度高的困难,同时研究还发现,由于受RNA折叠动力学机制以及环境因素的影响,真实的RNA二级结构往往并不处于自由能最小状态．根据RNA折叠的特点,提出了一种启发式搜索算法来预测带假结的RNA二级结构．该算法以RNA的茎为基本单元,采用启发式搜索策略在茎的组合空间中搜索自由能最小并且出现频率最高的RNA二级结构,该算法不仅能显著降低搜索RNA二级结构的时间复杂度,还有助于弥补单纯依赖能量预测RNA二级结构的不足．在多种类型的RNA标准数据集上进行了检验,结果表明,该算法在预测的精度上优于目前国际上几个著名的RNA二级结构预测算法并且具有较高的运行效率．     

arcA基因提高大肠杆菌对有机溶剂的耐受性

【目的】将来源于恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida JUCT1)的基因arc A(编码精氨酸脱亚胺酶)整合到Escherichia coli JM109(DE3)基因组中,以提高该菌对有机溶剂的耐受性。【方法】以P.putida JUCT1的基因组为模板扩增基因arc A,并与p ET-20b(+)连接后导入E.coli JM109(DE3)中,验证该基因提高E.coli JM109(DE3)对有机溶剂的耐受性。利用Red同源重组的方法将arc A整合到E.coli JM109(DE3)基因组中。【结果】E.coli JM109(DE3)/p ET-20b(+)-arc A在添加了2.0%(体积比)环己烷、0.1%(体积比)甲苯、4.0%(体积比)萘烷和0.1%(体积比)丁醇的培养基中培养8 h后,其OD660由初始的0.2分别上升到0.8、0.9、1.8和1.3。将arc A成功整合到E.coli JM109(DE3)基因组中,获得了具有较好遗传稳定性的溶剂耐受E.coli JM109(DE3)宿主菌株。【结论】外源基因arc A能提高大肠杆菌菌株的有机溶剂耐受性,为工业化应用中耐溶剂微生物菌株的构建提供了实验依据和理论基础。     

ATOM 1.0:基于GPU的电子断层重构软件

电子断层成像技术能够在纳米尺度下重构出不具有全同性的细胞或大分子的三维结构,正受到越来越广泛的重视。针对现有电子断层成像技术中重构软件的不足,特别是迭代重构算法速度慢的缺点,我们开发了一款基于Graphic Processor Unit(GPU)平台的电子断层重构软件——ATOM,实现了图像对位、重构参数计算、三维重构及数据可视化等电子断层重构的基本功能。其中,在二维对位方面,ATOM实现了迭代的无标记平移和旋转对位;在三维重构方面,实现了背投影和多种迭代重构算法,并实现了迭代重构在GPU平台上的并行加速,获得了良好的加速比,如SIRT算法得到了47倍加速比。ATOM是绿色开源软件,可以运行在支持Qt和CUDA的所有操作系统上。ATOM为图形界面软件,结合详尽的安装及使用文档,便于用户使用。     

阿维菌素起始酰基转移酶的底物特异性

[背景]阿维菌素起始酰基转移酶(AveAT0)能够以2-甲基丁酰-辅酶A (coenzyme A,CoA)和异丁酰-CoA作为起始单元分别合成"a"系列或"b"系列的阿维菌素。[目的]探究AveAT0对两种底物的偏好性并进行改造。[方法]通过与识别不同底物的起始酰基转移酶(loading acyltransferases,AT0s)进行序列比对,找到AveAT0底物结合重要的氨基酸,利用活性位点定点突变的方法得到对底物偏好性改变的特定突变体。以2-甲基丁酰-CoA、异丁酰-CoA的类似物2-甲基丁酰-N-乙酰半胱氨(N-acetylcysteamine,SNAC)和异丁酰-SNAC为底物,用Ellman测试法检测释放SNAC的游离巯基(sulfhydryl,SH),测定AveAT0及其突变体的动力学常数,以此表征AveAT0及其突变体的底物偏好性。[结果]AveAT0对2-甲基丁酰SNAC的Km值为0.4 mmol/L,kcat值为14.1 min^-1,kcat/Km为32.1 L/(mmol·min);对异丁酰-SNAC的Km值为0.8 mmol/L,kcat值为6.4 min^-1,kcat/Km为7.5 L/(mmol·min)。选定的突变位点为V224M、Q149L、L121M。按顺序累积突变后发现三突变株AveAT0 V224M/Q149L/L121M对两个底物的偏好性区别最大,对2-甲基丁酰SNAC的Km值为0.8 mmol/L,kcat值为5.4 min^-1,kcat/Km为6.9 L/(mmol·min);对异丁酰-SNAC的kcat/Km为0.1 L/(mmol·min)。[结论]研究发现了AveAT0识别底物过程中的关键氨基酸,为改造阿维菌素聚酮合酶酰基转移酶提供了依据。