分子信标芯片计算在0-1整数规划问题中的应用

生物芯片技术和DNA计算分别是近年来生命科学与信息科学的新兴研究领域,对信息高度并行的获取与处理是二者的本质特性．而0-1整数规划问题作为运筹学中一个重要的问题,到目前为止还没有好的算法．在DNA计算和DNA芯片基础上,提出了基于分子信标芯片解决0-1整数规划问题的DNA计算新模型．与以往DNA计算模型相比,该模型具有高信息量和操作易自动化的优点,同时指出分子信标芯片技术有望作为新型生物计算的芯片．     

0-1整数规划问题的半自动化DNA计算模型

对一般的0—1整数规划问题提出了一种半自动化的DNA计算模型。首先产生所给定的0—1整数规划问题的所有可能解,然后设置对应于0—1整数规划问题的约束不等式的探针,利用这些探针设计半自动化装置对所有可能解进行自动分离,最终找出0—1整数规划问题的解。该模型的最大优点在于具有自动化的特点;同时,从理论上来讲,该模型适合含有任意变量的任意0—1整数规划问题的求解。     

一种新的DNA芯片的封闭方法

提出了一种新的DNA芯片的封闭方法：1-碘丙烷封闭方法,并对1-碘丙烷和琥珀酸酐两种不同的封闭方法的封闭效果进行了比较实验,研究封闭试剂、封闭时间对氨基DNA芯片杂交结果所产生的影响。结果表明： 1-碘丙烷封闭效果明显好于琥珀酸酐的封闭效果,用1-碘丙烷封闭后的芯片进行杂交,芯片杂交信号强、背景噪声低,灵敏度高,整个封闭过程实验操作简单,时间短,1h即可达到所需效果。1-碘丙烷可以作为一种很好的DNA芯片封闭试剂。Abstract: Suggested a new blocking method for DNA microarray: 1- iodo -propane .we compared the difference between the two block reagents and the blocking results in different blocking time. The results showed that 1-I-prppane is batter-blocking reagent than succinic anhydride in DNA chip.1h blocking time is enough for blocking.     

MPTP诱导的帕金森病小鼠模型黑质脑组织DNA甲基化研究

为研究DNA甲基化在帕金森病发病机制中的作用,本研究用环境毒素1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶(MPTP)连续腹腔给药诱导小鼠帕金森病(Parkison's disease,PD)模型,应用ELISA检测小鼠黑质脑组织总体甲基化水平,应用实时荧光定量PCR方法检测DNA甲基转移酶表达水平,探讨MPTP诱导的小鼠PD模型黑质部位是否存在DNA甲基化异常.进一步应用甲基化DNA免疫共沉淀结合DNA甲基化芯片方法,构建MPTP诱导的小鼠PD模型黑质脑组织DNA甲基化谱,并寻找DNA甲基化修饰异常的PD相关基因对其进行验证.结果表明,模型组小鼠黑质脑组织DNA总体甲基化水平较对照组显著降低,Dnmt1的表达水平显著增高.利用DNA甲基化芯片在全基因组内筛选出甲基化差异修饰位点共48个,涉及44个基因,这些甲基化差异基因参与信号转导、分子转运、转录调控、发育、细胞分化、凋亡调控、氧化应激、蛋白质降解等生物学过程.在甲基化差异修饰基因中,对Uchl1基因及Arih2基因进行了甲基化水平以及表达水平的验证.结果表明,模型组小鼠黑质脑组织Uchl1启动子区域甲基化水平较对照组增高,m RNA及蛋白质表达水平降低,Arih2启动子区域甲基化水平较对照组降低,m RNA及蛋白质表达水平增高.实验结果进一步证实,DNA甲基化修饰异常在帕金森病发病机制中有重要作用,环境因素(如MPTP)可以通过改变DNA甲基化修饰参与帕金森病的发生发展.     

哺乳动物转录因子DNA结合谱

基因差异表达是生物发育和对刺激作出应答的分子基础,转录因子在这种基因差异表达中发挥着重要的调控作用。因此,要弄清楚转录因子调控基因差异表达的机理,就必须鉴定出它们全部的靶基因并构建其操纵的转录调控网络。对基因组DNA的序列特异性结合是转录因子调控基因转录的关键环节,因此,要鉴定转录因子的靶基因,就必须从它们与DNA相互作用的分子水平,鉴定它们能够识别并结合的全部DNA序列,即转录因子DNA结合谱。近年来随着DNA微阵列芯片和高通量DNA测序技术的产生和快速发展,出现了建立转录因子体内及体外DNA结合谱的一系列革命性的新技术,对该领域的研究带来重大影响。这些新技术主要包括建立转录因子体内DNA结合谱的染色质免疫沉淀-芯片技术(ChIP-chip)和染色质免疫沉淀-测序技术(ChIP-Seq),以及建立转录因子体外DNA结合谱的双链DNA微阵列芯片技术(dsDNA microarray)、指数富集配体系统进化-系列分析基因表达技术(SELEX-SAGE)、结合-n-测序技术(Bind-n-Seq)、多重大规模并行SELEX技术(MMP-SELEX)、凝胶迁移实验-测序技术(EMSA-Seq)和高通量测序-荧光配体互作图谱分析技术(HiTS-FLIP)。文章将对这些新技术做一综述。     

一种新的DNA芯片的封闭方法

提出了一种新的DNA芯片的封闭方法:1-碘丙烷封闭方法,并对1-碘丙烷和琥珀酸酐两种不同的封闭方法的封闭效果进行了比较实验,研究封闭试剂、封闭时间对氨基DNA芯片杂交结果所产生的影响。结果表明:1-碘丙烷封闭效果明显好于琥珀酸杆的封闭效果,用1-碘丙烷封闭后的芯片进行杂交,芯片杂交信号强、背景噪声低,灵敏度高,整个封闭过程实验操作简单,时间短,1h即可达到所需效果。1-碘丙烷可以作为一种很好的DNA芯片封闭试剂。     

全错位排列问题的基于表面的DNA计算模型

生物表面技术是DNA计算的一种实现方式,是近年来生命科学的新兴研究领域．而全错位排列问题作为组合数学中一个重要的问题,到目前为止还没有好的算法．在DNA表面技术的基础上,首次提出了全错位排列问题的基于表面的DNA计算模型,并对模型进行了简单的分析．     

质粒DNA抗原芯片检测抗双链DNA抗体的初步研究

目的:建立以质粒DNA作为抗原的检测血清中抗双链DNA(dsDNA)抗体的芯片方法,并与酶联免疫吸附实验比较,初步探讨用芯片法检测抗dsDNA抗体的临床价值。方法:将原核表达载体质粒pcDNAⅡ用质粒DNA快速抽提试剂盒提取纯化DNA后按1∶2稀释,用点样仪点在经3-氨丙基三乙氧基硅烷(APES)修饰的玻片上,温孵后用含有1%小牛血清白蛋白和2.5%蔗糖的PBST封闭,以Cy3标记的人IgG为二抗,建立检测dsDNA抗体的芯片方法,并与德国欧蒙公司生产的抗双链DNA检测ELISA试剂盒做比较,对包括58例系统性红斑狼疮(SLE)、25例干燥综合征(SS)、10例皮肌炎(DM)和7例类风湿关节炎(RA)在内的病人和60例健康人对照进行了抗dsDNA的对比检测。结果:对阳性标本的检测,与现用常规检测方法ELISA相比,芯片检测抗dsDNA的灵敏度为91.3%,特异度为90.7%,阳性预测值为89.3%,阴性预测值为92.5%;对健康对照的检测,2种方法均为阴性,符合率为100%。结论:与ELISA相比,用质粒DNA作为抗原建立的芯片方法的灵敏度和特异度较高,为今后建立同时检测多个自身抗体的芯片奠定了基础。     

DNA芯片及其在生命科学中的应用

对DNA芯片的发生、发展、技术特点及在生命科学中的应用作了回顾,结果表明DNA芯片通过DNA或RNA样品与阵列的的杂交,可用于基因测序、基因表达、新基因的发现、突变的检测等等领域,虽然DNA芯片目前存在着不足和缺陷,但它正成为基因组和后基因组研究的重要工具.     

人类基因组DNA甲基化数据分析的研究现状

作为人类基因组最为典型的表观遗传现象,DNA甲基化在多种关键生理活动中扮演重要角色.系统分析基因组尺度的DNA甲基化概况意义重大.从Cp G岛等基本定义出发,阐述了高通量DNA甲基化的检测技术以及针对芯片技术与下一代测序技术的低水平数据处理方法;重点对比了基于机器学习理论对Cp G位点及Cp G岛甲基化水平的预测算法,以及所利用的特征对预测效果的影响与发展趋势;并对DNA差异甲基化在组织特异性、癌症等多种疾病中的计算分析进行了全面的综述.     

Differential dependence on DNA ligase of type II restriction enzymes: a practical way toward ligase-free DNA automaton

DNA computing study is a new paradigm in computer science and biological computing fields. As one of DNA computing approaches, DNA automaton is composed of the hardware, input DNA molecule and state transition molecules. By now restriction enzymes are key hardware for DNA computing automaton. It has been found that DNA computing efficiency may be independent on DNA ligases when type IIS restriction enzymes like FokI are used as hardware. In this study, we compared FokI with four other distinct enzymes HgaI, BsmFI, BbsI, and BseMII, and found their differential independence on T4 DNA ligase when performing automaton reactions. Since DNA automaton is a potential powerful tool to tackle gene relationship in genomic network scale, the feasible ligase-free DNA automaton may set an initial base to develop functional DNA automata for various DNA technology development and implications in genetics study in the near future.     

A CLIQUE algorithm using DNA computing techniques based on closed-circle DNA sequences

DNA computing has been applied in broad fields such as graph theory, finite state problems, and combinatorial problem. DNA computing approaches are more suitable used to solve many combinatorial problems because of the vast parallelism and high-density storage. The CLIQUE algorithm is one of the gird-based clustering techniques for spatial data. It is the combinatorial problem of the density cells. Therefore we utilize DNA computing using the closed-circle DNA sequences to execute the CLIQUE algorithm for the two-dimensional data. In our study, the process of clustering becomes a parallel bio-chemical reaction and the DNA sequences representing the marked cells can be combined to form a closed-circle DNA sequences. This strategy is a new application of DNA computing. Although the strategy is only for the two-dimensional data, it provides a new idea to consider the grids to be vertexes in a graph and transform the search problem into a combinatorial problem.     

DNA芯片技术与基因表达研究

随着基因组计划的顺利实施,大量的生物信息被解析,基因表达及基因功能的研究将成为生命科学研究的热点。ＤＮＡ世片技术是近年来出现的分子生物学与微电子技术相结合的最新ＤＮＡ分析检测技术。该技术将在生命科学与信息科学之间架起一道桥梁,因而成为后基因组时代基因功能分析撮重要的技术之一。目前ＤＮＡ芯片技术已在基因保得到广泛的应用。     

DNA计算的发展现状及未来展望

随着高性能计算需求的不断增长,传统计算模式面临着前所未有的巨大挑战。在众多新兴计算技术中,DNA计算系统以其低能耗、并行化等特点而广受关注。DNA电路(DNA circuit)是实现DNA计算的基础,也是该领域重要的分子信息调控和处理技术。文中重点介绍了DNA计算的基本原理,并总结了最新的研究进展,最后讨论了基于DNA计算所面临的挑战。此类集成的分子计算系统有望广泛应用于航空航天、信息安全及国防建设等领域。     

构建基于磁珠微流控芯片的iFlora遗传信息高效获取系统

磁珠以其比表面积大、易与生物分子耦联、操控方便等优点,在生命科学中得到了广泛应用。随着微机电系统（MicroElectroMechanicalSystems,MEMS）技术的发展,将磁珠应用到微流控芯片中构建磁珠微流控分析系统,为生物样品分离、检测提供了一种全新方法。新一代植物志iFlora融入现代DNA测序技术．应用高速发展的信息、网络技术及云计算分析平台,收集、整合和管理植物物种相关信息,以实现物种智能鉴定和数据提取,而包括DNA条形码在内的遗传信息及其获取技术在iFlora中的作用至关重要。本文重点概述了基于纳米磁珠的微流控芯片技术及其在分子生物学领域中的应用,提出构建基于纳米磁珠微流控芯片的iFlora遗传信息采集系统,在微芯片上完成从DNA提取到测序全过程,实现物种遗传信息的快速、高效获取。     

The general form of 0-1 programming problem based on DNA computing

DNA computing is a novel method of solving a class of intractable computational problems, in which the computing speeds up exponentially with the problem size. Up to now, many accomplishments have been made to improve its performance and increase its reliability. In this paper, we solved the general form of 0-1 programming problem with fluorescence labeling techniques based on surface chemistry by attempting to apply DNA computing to a programming problem. Our method has some significant advantages such as simple encoding, low cost, and short operating time.     

基于三链核酸的DNA计算

一种研究DNA计算的新模型——三链DNA计算模型在本文中提出。此模型是在近年三链核酸的研究成果的基础上建立的。并应用于求解可满足性问题（SAT）,这是一个困难的NP-完全问题。不同于以住的DNA计算方法,基于三链核酸的分子算法通过寡聚脱氧核苷酸（ODN）在RecA蛋白的介导下与同源的双链DNA匹配成三链DNA进行基本的运算,这样可以有效减少计算中的错误。依据分子生物学的实验方法,该算法切实可行并且有效。