【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及生物，具體來說，涉及基于進化生物學(xué)與計算生物的rna進化前體篩選方法。
技術(shù)介紹
1、上世紀(jì)末，隨著rna核酶催化活性的發(fā)現(xiàn)，諾貝爾化學(xué)獎得主walter?gilbert首次提出了“rna世界”假說。該假說認(rèn)為，在現(xiàn)代生命出現(xiàn)之前，蛋白質(zhì)和dna可能并不存在，rna作為關(guān)鍵分子，既傳遞遺傳信息又具有催化功能。進一步的假設(shè)提出，rna本身是進化的產(chǎn)物，存在一個更早的“前rna世界”，在這個世界中，核苷類似物作為遺傳信息的載體發(fā)揮作用。如果這兩個假說都成立，那么最早的轉(zhuǎn)錄蛋白質(zhì)可能保留了與rna進化前體相互作用的能力，而這些相互作用的痕跡仍然存在于活性位點中。因此，通過研究細菌生命樹中廣泛采樣的rna聚合酶與rna核苷酸類似物的相互作用，可以篩選出潛在的核苷小分子，為探索前rna世界中執(zhí)行信息傳遞功能的分子提供依據(jù)。
2、現(xiàn)有研究雖然在探索rna核苷的進化前體方面取得了一些進展，但存在一定局限性。一部分研究集中于實驗室已合成的核苷類似物小分子，通過實驗驗證這些人工合成的分子與相關(guān)蛋白的相互作用，并基于這些實驗結(jié)果進一步推測其作為rna核苷前體的可能性。這類研究通常擁有堅實的實驗數(shù)據(jù)作為支撐，能夠提供較為直接的證據(jù)來支持其論點。然而，值得注意的是，這種研究方法往往采用的是一種倒推式的推理方式。也就是說，它是從已知的、經(jīng)過人工合成的分子出發(fā)，逆向推導(dǎo)出它們可能作為rna核苷前體的結(jié)論。這種推理方式雖然在一定程度上能夠揭示某些潛在的關(guān)系，但缺乏其他來源的分子證據(jù)來論證rna核苷前體的可能性。此外，這類研究還缺乏一
3、另一部分研究在探索生命起源相關(guān)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)時，采用了進化生物學(xué)的方法。這類研究通常側(cè)重于構(gòu)建蛋白質(zhì)的進化樹，通過對不同物種中同源蛋白質(zhì)序列的比對和分析，揭示它們之間的親緣關(guān)系和進化歷程。在此基礎(chǔ)上，研究者們還會進一步比較這些蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)，以探索它們在結(jié)構(gòu)和功能上的保守性和差異性。然而，這類研究往往止步于構(gòu)建進化樹和進行三維結(jié)構(gòu)的比較，缺乏進一步的實驗數(shù)據(jù)支持。這意味著，雖然這些研究能夠提供關(guān)于蛋白質(zhì)進化歷程的寶貴信息，但它們對于具體蛋白質(zhì)功能、活性位點以及與其他分子的相互作用等方面的了解可能相對有限。
4、針對相關(guān)技術(shù)中的問題，目前尚未提出有效的解決方案。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、針對相關(guān)技術(shù)中的問題，本專利技術(shù)提出基于進化生物學(xué)與計算生物的rna進化前體篩選方法，以克服現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)所存在的上述技術(shù)問題。
2、為此，本專利技術(shù)采用的具體技術(shù)方案如下：
3、基于進化生物學(xué)與計算生物的rna進化前體篩選方法，包括以下步驟：
4、s1、根據(jù)細菌轉(zhuǎn)錄酶的氨基酸序列構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹，篩選具有廣譜特性的細菌轉(zhuǎn)錄酶的氨基酸序列，并預(yù)測細菌轉(zhuǎn)錄酶形成二聚體的三維結(jié)構(gòu)；
5、s2、選取核糖異構(gòu)體及現(xiàn)代核苷酸類似物，通過堿基磷酸根替換和空間異構(gòu)變化法，構(gòu)建完整的核苷酸類似物小分子數(shù)據(jù)庫；
6、s3、利用分子對接軟件將預(yù)測的轉(zhuǎn)錄酶二聚體與核苷類似物進行對接，預(yù)測其結(jié)合模式，并篩選結(jié)合模式優(yōu)異的小分子；
7、s4、通過分子相互作用關(guān)系指紋分析技術(shù)，篩選出與原始核苷酸-蛋白質(zhì)相互作用類似的分子，并作為潛在候選分子；
8、s5、利用雙鏈預(yù)測模型對篩選出的候選分子進行雙鏈結(jié)構(gòu)預(yù)測，并基于預(yù)測結(jié)果分析得到rna小分子進化前體。
9、進一步的，所述根據(jù)細菌轉(zhuǎn)錄酶的氨基酸序列構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹，篩選具有廣譜特性的細菌轉(zhuǎn)錄酶的氨基酸序列，并預(yù)測細菌轉(zhuǎn)錄酶形成二聚體的三維結(jié)構(gòu)包括以下步驟：
10、s11、采集若干相關(guān)的細菌轉(zhuǎn)錄酶的氨基酸序列，并根據(jù)序列長度及標(biāo)注序列篩選得到預(yù)設(shè)數(shù)量的細菌轉(zhuǎn)錄酶的氨基酸序；
11、s12、利用多序列比對軟件對篩選出的蛋白質(zhì)氨基酸序列進行比對，并基于最大似然法和進化模型構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹；
12、s13、篩選具有廣譜特性的細菌轉(zhuǎn)錄酶的氨基酸序列，并通過alphafold2對篩選出的氨基酸序列進行蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)模型的預(yù)測。
13、進一步的，相關(guān)的細菌轉(zhuǎn)錄酶的氨基酸序列為20000條，預(yù)設(shè)數(shù)量的細菌轉(zhuǎn)錄酶的氨基酸序為2300條，具有廣譜特性的細菌轉(zhuǎn)錄酶的氨基酸序列為80條。
14、進一步的，所述利用多序列比對軟件對篩選出的蛋白質(zhì)氨基酸序列進行比對，并基于最大似然法和進化模型構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹包括以下步驟：
15、s121、利用多序列比對軟件對篩選出的蛋白質(zhì)氨基酸序列進行比對，并將序列對比結(jié)果輸入生物信息學(xué)軟件；
16、s122、選擇jtt進化模型，設(shè)置參數(shù)，并根據(jù)設(shè)置參數(shù)運行最大似然算法，得到系統(tǒng)發(fā)育樹。
17、進一步的，所述篩選具有廣譜特性的細菌轉(zhuǎn)錄酶的氨基酸序列，并通過alphafold2對篩選出的氨基酸序列進行蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)模型的預(yù)測包括以下步驟：
18、s131、基于發(fā)育樹的拓撲結(jié)構(gòu)、分支長度及自舉支持率信息，評估系統(tǒng)發(fā)育樹的可靠性和不同序列之間的進化關(guān)系；
19、s132、根據(jù)評估結(jié)果篩選出具有廣譜特性的細菌轉(zhuǎn)錄酶的氨基酸序列，并將篩選出的氨基酸序列保存為預(yù)設(shè)格式；
20、s133、將預(yù)設(shè)格式的氨基酸序列文件輸入本地運行的alphafold2環(huán)境中，利用alphafold2模型對篩選出的氨基酸序列進行蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)模型的預(yù)測。
21、進一步的，所述選取核糖異構(gòu)體及現(xiàn)代核苷酸類似物，通過堿基磷酸根替換和空間異構(gòu)變化法，構(gòu)建完整的核苷酸類似物小分子數(shù)據(jù)庫包括以下步驟：
22、s21、選取核糖的同分異構(gòu)體，并替換其堿基和磷酸基團，生成部分小分子結(jié)構(gòu)空間；
23、s22、基于化學(xué)信息學(xué)工具包，結(jié)合選取的現(xiàn)代核苷酸類似物，構(gòu)建完整的核苷酸類似物小分子數(shù)據(jù)庫。
24、進一步的，所述利用分子對接軟件將預(yù)測的轉(zhuǎn)錄酶二聚體與核苷類似物進行對接，預(yù)測其結(jié)合模式，并篩選結(jié)合模式優(yōu)異的小分子包括以下步驟：
25、s31、利用分子對接軟件將預(yù)測的轉(zhuǎn)錄酶二聚體與核苷類似物進行對接，預(yù)測其結(jié)合模式；
26、s32、通過評分函數(shù)對對接變化進行評分，并根據(jù)評分結(jié)果篩選出結(jié)合模式優(yōu)異的小分子。
27、進一步的，每次對接過程中的搜索空間數(shù)量為24個。
28、進一步的，所述通過分子相互作用關(guān)系指紋分析技術(shù)，篩選出與原始核苷酸-蛋白質(zhì)相互作用類似的分子，并作為潛在候選分子包括以下步驟：
29、s41、利用篩選工具識別對接構(gòu)象，并根據(jù)過濾器篩選與模板dna具有合理氫鍵相互作用的配體構(gòu)象；
30、s42、基于蛋白質(zhì)-配體相互作用指紋圖譜工具包，生成二進制相互作用指紋，標(biāo)識配體與蛋白本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.基于進化生物學(xué)與計算生物的RNA進化前體篩選方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于進化生物學(xué)與計算生物的RNA進化前體篩選方法，其特征在于，所述根據(jù)細菌轉(zhuǎn)錄酶的氨基酸序列構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹，篩選具有廣譜特性的細菌轉(zhuǎn)錄酶的氨基酸序列，并預(yù)測細菌轉(zhuǎn)錄酶形成二聚體的三維結(jié)構(gòu)包括以下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于進化生物學(xué)與計算生物的RNA進化前體篩選方法，其特征在于，相關(guān)的細菌轉(zhuǎn)錄酶的氨基酸序列為20000條，預(yù)設(shè)數(shù)量的細菌轉(zhuǎn)錄酶的氨基酸序為2300條，具有廣譜特性的細菌轉(zhuǎn)錄酶的氨基酸序列為80條。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于進化生物學(xué)與計算生物的RNA進化前體篩選方法，其特征在于，所述利用多序列比對軟件對篩選出的蛋白質(zhì)氨基酸序列進行比對，并基于最大似然法和進化模型構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹包括以下步驟：
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于進化生物學(xué)與計算生物的RNA進化前體篩選方法，其特征在于，所述篩選具有廣譜特性的細菌轉(zhuǎn)錄酶的氨基酸序列，并通過Alphafold2對篩選出的氨基酸序列進行蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)模型的預(yù)測包括以下步
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于進化生物學(xué)與計算生物的RNA進化前體篩選方法，其特征在于，所述選取核糖異構(gòu)體及現(xiàn)代核苷酸類似物，通過堿基磷酸根替換和空間異構(gòu)變化法，構(gòu)建完整的核苷酸類似物小分子數(shù)據(jù)庫包括以下步驟：
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于進化生物學(xué)與計算生物的RNA進化前體篩選方法，其特征在于，所述利用分子對接軟件將預(yù)測的轉(zhuǎn)錄酶二聚體與核苷類似物進行對接，預(yù)測其結(jié)合模式，并篩選結(jié)合模式優(yōu)異的小分子包括以下步驟：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于進化生物學(xué)與計算生物的RNA進化前體篩選方法，其特征在于，每次對接過程中的搜索空間數(shù)量為24個。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于進化生物學(xué)與計算生物的RNA進化前體篩選方法，其特征在于，所述通過分子相互作用關(guān)系指紋分析技術(shù)，篩選出與原始核苷酸-蛋白質(zhì)相互作用類似的分子，并作為潛在候選分子包括以下步驟：
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于進化生物學(xué)與計算生物的RNA進化前體篩選方法，其特征在于，所述利用雙鏈預(yù)測模型對篩選出的候選分子進行雙鏈結(jié)構(gòu)預(yù)測，并基于預(yù)測結(jié)果分析得到RNA小分子進化前體包括以下步驟：
...【技術(shù)特征摘要】
1.基于進化生物學(xué)與計算生物的rna進化前體篩選方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于進化生物學(xué)與計算生物的rna進化前體篩選方法，其特征在于，所述根據(jù)細菌轉(zhuǎn)錄酶的氨基酸序列構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹，篩選具有廣譜特性的細菌轉(zhuǎn)錄酶的氨基酸序列，并預(yù)測細菌轉(zhuǎn)錄酶形成二聚體的三維結(jié)構(gòu)包括以下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于進化生物學(xué)與計算生物的rna進化前體篩選方法，其特征在于，相關(guān)的細菌轉(zhuǎn)錄酶的氨基酸序列為20000條，預(yù)設(shè)數(shù)量的細菌轉(zhuǎn)錄酶的氨基酸序為2300條，具有廣譜特性的細菌轉(zhuǎn)錄酶的氨基酸序列為80條。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于進化生物學(xué)與計算生物的rna進化前體篩選方法，其特征在于，所述利用多序列比對軟件對篩選出的蛋白質(zhì)氨基酸序列進行比對，并基于最大似然法和進化模型構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹包括以下步驟：
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于進化生物學(xué)與計算生物的rna進化前體篩選方法，其特征在于，所述篩選具有廣譜特性的細菌轉(zhuǎn)錄酶的氨基酸序列，并通過alphafold2對篩選出的氨基酸序列進行蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)模型的預(yù)測包括以下步驟：
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李辰美，王毅慶，克里斯托夫布奇，
申請(專利權(quán))人：南京大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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