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dna计算虚拟生物实验室设计

文档名称:dna计算虚拟生物实验室设计
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上传者:非常
添加时间:2019/05/13
内容摘要:
第23卷第11期
计算机仿真
2006年11丿
文章编号:1006-9348(2006)11-0280-04
DNA计算虚拟生物实验室设计
王.毅鹕,付字車
上海交通人学微电了学院,上海200030)
摘要:为了对生物实验中的反应产物进行分析、解释以及跟踪,并对实验结果进行预测,该文介绍了?个仿真生物反应的工
具一一席拟生物实验家 irtual Bio-Lab(筒称VBL)。在VBL中定义了?个包括聚合酶连锁反应、连接、杂交、熔化和电泳
等模块在内的框架,个模块实现一个基木的生物操作,各模块之问通过传递DNA“溶液”进行通信。使用合埋的简化假
设,VBT.能在较短时间内实现对任意序列INA生物操作的仿真,如有向哈密顿路径问题的TNA计算解决方業仿其。在实
际应用中,VBL可以帮助验证DNA计算例理论模型,提高牛物实验效率
关键词:脱钗核椨核酸讣算;席拟实验军:生物学操作;仿真
中图分类号:TP391.9文献标识码:A
Design of Virtual Biological Laboratory for DNA Computing
WANG Yi-peng, FU Yu-zhuo
School of Miero Electronics, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200030, China
ABSTRACT: To analyze, explain and trace the product in the process of biological reaction and predict the experi-
ment result, the paper introuces a biological reaction simulator Virtual Bio Lab(VBL). In VBL, a framework
which includes PCR, Ligation, Hybridization, Melting and Electrophoresis modules is defined and each module simu
lates one biological operation. The modules communicate to each other through DNA "solution". By makin
reasonable simplifying assumptions, VBL can simulate arbitrary sequences of biological reactions in short time. As an
example, the paper demonstrates the DNA computing solution to Directed Hamilton Path Problem with VBL. VBL can
help verifying DNA computing theoretic model and improving biological experiment efficiency
KEY WORDS: DNA computing; Virtual laboratory; Biological operation;; Simulation
1引言
复杂的生物实验仿真卜分困难
DNA计算是利用在DNA链上:的生物学操作米解决复杂
为了解决这个问题,我们定义了?个包括儿个某本生物
数学问趣的方法,最?是出阿德曼在1994年提出的
操作模块在内的框架,各模块之通过定义良好的接1进行
DNA计算中阿到的生物反应往往分复杂,对于解决大连接,每个模块独立完成一定的功能,这就是名为 Virtual Bio
型越的头验,其消耗的DNA分子数非常惊人。这些分子-Lalb的虚拟生物实窜工具(以下简称VBL),初步实现了
在反应中会发生?系列的变化,牛成各种复杂的声物。而如对任意序列DNA链的组仚操作进行仿真
何对各利产物的米源和作用作出解释,如何控制产物的牛
成,则是一个重要而困难的燃
2DNA让算的基本原理
为了合理设计和分析牛物实验,人们开发了各种软件工2.1DNA结构
具。这些T具包插:对DNA二级结构的热力学预测,如/k-
DNA,即脱氧核糖核酸,是制造生命的原料。DNA是由
er开发的 mfold算汯:对杂交的热力学分析,如 Hartemink设核苷或碱基构成的。共们四种碱基:腺嘌呤(A),鸟嘌呤
计的BIND:对DNA计算模垇的分析,如Reif开发的DNA计(G),胞核啶(C)和胸腺啶(T)。帔基顺序地迩在一起
算图论模型:等等
形成DNA链。在任?单链中,这些碱某可以任何顺序出现
观察这些工其就会发现,他们基木局限在个別的生物操比如 CGGTCA AC就足一条可能的单链。另外,每条链的两
作或模上,对不冋牛物操作的仿真难以衔接,因而要实现端是用3'或5'唯标识的,也就是说,DNA链是イ方向性的。
所以,前面例子完整的表示应该是5- CGGTCAAC-3。
基金项日:国家863计划(2003 AAAL350);上:海市科委AM基金
每个碱有它的互补碱基,A碱基与T碱尽万补、C碱
收稿日期:2005-10-04
基与G碱基互补。互补的碱基结合在一·起形成碱基对。山
280一
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