microRNA感受器序列的设计方法与装置
阅读说明：本技术 microRNA感受器序列的设计方法与装置 (Design method and device of microRNA receptor sequence ) 是由 汪小我 魏磊 于 2021-07-27 设计创作，主要内容包括：本申请提出一种microRNA感受器序列的设计方法和装置,其中,方法包括：获得microRNA感受器所处于的细胞环境内的microRNA和RNA,根据microRNA和RNA获得竞争性RNA；其中,竞争性RNA是基于microRNA和RNA相互作用的强度,计算出每一种microRNA所调控的RNA在不同相互作用强度的数量；按照RNA所含竞争性RNA的相互作用强弱,从RNA中确定出不同强度的竞争性RNA,计算获得microRNA的噪声调控能力值；根据预期获得表达噪声的第一预设阈值,以根据第二预设阈值选取具有特定噪声调控能力值的microRNA设计靶位点,并对microRNA调控的靶位点进行设计,以定向调整所述表达噪声。本发明可以准确地基于细胞的状态和需求的基因表达值调高或调低基因表达噪声,在合成生物学中具有广泛的工程应用价值。(The application provides a method and a device for designing a microRNA receptor sequence, wherein the method comprises the following steps: obtaining microRNA and RNA in a cell environment where a microRNA receptor is positioned, and obtaining competitive RNA according to the microRNA and the RNA; the competitive RNA is based on the interaction strength of microRNA and RNA, and the quantity of RNA regulated and controlled by each microRNA in different interaction strengths is calculated; determining competitive RNAs with different strengths from RNAs according to the strength of the interaction of competitive RNAs contained in the RNAs, and calculating to obtain the noise regulation and control capability value of the microRNA; according to a first preset threshold value of expected obtained expression noise, selecting microRNA with a specific noise regulation and control capacity value according to a second preset threshold value to design a target site, and designing the microRNA regulated and controlled target site to directionally regulate the expression noise. The invention can accurately adjust the gene expression noise up or down based on the state and the demand of the cell, and has wide engineering application value in synthetic biology.)
技术领域
本发明涉及生物学技术领域，特别涉及一种microRNA感受器序列的设计方法与装置。
背景技术
microRNA(微小RNA)是一种小RNA，是合成生物学中重要的调控分子。microRNA的表达量在不同的细胞类型中具有明显的差异，因而是一种良好的表征细胞状态的标记物。在合成生物学中，可以通过感知microRNA的数量来进行决策，感知microRNA数量的序列即被称为microRNA感受器。
microRNA感受器是一类RNA分子上的序列，上面的部分序列与microRNA全部或部分互补配对，称之为microRNA靶位点。microRNA靶位点可以与特定的microRNA结合，从而诱导RNA分子的降解或抑制蛋白质的表达，从而达到抑制基因表达水平的作用。本发明提出了一种microRNA感受器的设计方法，该方法可以根据细胞内的microRNA和RNA数量，设计出具有特定基因表达噪声调控功能的microRNA感受器。
基因表达噪声在生物体中广泛存在、不可避免，影响着合成生物学中合成基因线路的稳定性，进而影响合成基因线路的功能。因此，合理的控制基因的表达噪声，对合成基因线路的设计和构建至关重要。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种microRNA感受器序列的设计方法，可以准确地基于细胞的状态和需求的基因表达值调高或调低基因表达噪声，在合成生物学中具有广泛的工程应用价值。
本发明的另一个目的在于提出一种microRNA感受器序列的设计装置。
为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种microRNA感受器序列的设计方法，包括以下步骤：
获得microRNA感受器所处于的细胞环境内的microRNA和RNA，根据所述microRNA和所述RNA获得竞争性RNA；其中，所述竞争性RNA是基于所述microRNA和所述RNA相互作用的强度，计算出每一种microRNA所调控的所述RNA在不同相互作用强度的数量；
按照所述RNA所含竞争性RNA的相互作用强弱，从所述RNA中确定出不同强度的竞争性RNA，计算获得噪声调控能力值；
根据预期获得表达噪声的第一预设阈值，以根据第二预设阈值选取具有特定噪声调控能力值的microRNA设计靶位点，并对所述microRNA调控的靶位点进行设计，以定向调整所述表达噪声。
本发明实施例的microRNA感受器序列的设计方法，通过获得microRNA感受器所处于的细胞环境内的microRNA和RNA，根据microRNA和RNA获得竞争性RNA；其中，竞争性RNA是基于microRNA和RNA相互作用的强度，计算出每一种microRNA所调控的RNA在不同相互作用强度的数量；按照RNA所含竞争性RNA的相互作用强弱，从RNA中确定出不同强度的竞争性RNA，计算获得噪声调控能力值；根据预期获得表达噪声的第一预设阈值，以根据第二预设阈值选取具有特定噪声调控能力值的microRNA设计靶位点，并对microRNA调控的靶位点进行设计，以定向调整所述表达噪声。本发明可以准确地基于细胞的状态和需求的基因表达值调高或调低基因表达噪声，在合成生物学中具有广泛的工程应用价值。
另外，根据本发明上述实施例的microRNA感受器序列的设计方法还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述按照所述RNA所含竞争性RNA的相互作用强弱，从所述RNA中确定出不同强度的竞争性RNA，计算获得所述microRNA的噪声调控能力值，包括：
确定所述RNA所含所述竞争性RNA的数量；
判断所述竞争性RNA的相互作用强度是否大于或等于第三预设阈值；
若是，则将所述竞争性RNA作为强竞争性RNA；
若否，则将所述竞争性RNA作为弱竞争性RNA；
将所述强竞争性RNA的数量减去所述弱竞争性RNA的数量，得到所述microRNA的噪声调控能力值。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述获得microRNA感受器在细胞环境内的microRNA和RNA，包括通过高通量测序或公共数据库检索方法中的一种。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述根据预期获得表达噪声的第一预设阈值，以根据所述第二预设阈值选取具有特定噪声调控能力值的microRNA设计靶位点，并对所述microRNA调控的靶位点进行设计，以定向调整所述表达噪声，包括：
确定所述microRNA所含所述强竞争性RNA和所述弱竞争性RNA的数量；
如果预期获得表达噪声大于第一预设阈值，则选取所述特定噪声调控能力值大于或等于所述第二预设阈值的microRNA设计靶位点；
当所需要microRNA感受器所调控的基因抑制效率大于所述第四预设阈值时，同时设计多个microRNA靶位点。
进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：
如果预期获得表达噪声小于第一预设阈值，则选取所述特定噪声调控能力值小于所述第二预设阈值的microRNA设计靶位点；
当所需要所述microRNA感受器所调控的基因抑制效率大于所述第四预设阈值时，将多个被不同microRNA调控的靶位点进行组合，构成所述microRNA感受器。
为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种microRNA感受器序列的设计装置，包括：
计算模块，用于获得microRNA感受器所处于的细胞环境内的microRNA和RNA，根据所述microRNA和所述RNA获得竞争性RNA；其中，所述竞争性RNA是基于所述microRNA和所述RNA相互作用的强度，计算出每一种microRNA所调控的所述RNA在不同相互作用强度的数量；
确定模块，用于按照所述RNA所含竞争性RNA的相互作用强弱，从所述RNA中确定出不同强度的竞争性RNA，计算获得噪声调控能力值；
设计模块，用于根据预期获得表达噪声的第一预设阈值，以根据第二预设阈值选取具有特定噪声调控能力值的microRNA设计靶位点，并对所述microRNA调控的靶位点进行设计，以定向调整所述表达噪声。
本发明实施例的一种microRNA感受器序列的设计装置，通过获得microRNA感受器所处于的细胞环境内的microRNA和RNA，根据microRNA和RNA获得竞争性RNA；其中，竞争性RNA是基于microRNA和RNA相互作用的强度，计算出每一种microRNA所调控的RNA在不同相互作用强度的数量；按照RNA所含竞争性RNA的相互作用强弱，从RNA中确定出不同强度的竞争性RNA，计算获得噪声调控能力值；根据预期获得表达噪声的第一预设阈值，以根据第二预设阈值选取具有特定噪声调控能力值的microRNA设计靶位点，并对microRNA调控的靶位点进行设计，以定向调整所述表达噪声。本发明可以准确地基于细胞的状态和需求的基因表达值调高或调低基因表达噪声，在合成生物学中具有广泛的工程应用价值。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明一个实施例的microRNA感受器序列的设计方法的流程图；
图2为根据本发明一个实施例的microRNA感受器序列的设计装置的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的microRNA感受器序列的设计方法与装置，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的microRNA感受器序列的设计。
图1是本发明一个实施例的microRNA感受器序列的设计方法的流程图。
如图1所示，该microRNA感受器序列的设计方法包括以下步骤：
步骤S1，获得microRNA感受器所处于的细胞环境内的microRNA和RNA，根据microRNA和RNA获得竞争性RNA；其中，竞争性RNA是基于microRNA和RNA相互作用的强度，计算出每一种microRNA所调控的RNA在不同相互作用强度的数量。
具体的，microRNA感受器需要在细胞内发挥功能。首先，获得其工作的细胞环境内的microRNA和RNA数量，再基于microRNA和RNA相互作用的强度，计算出每一种microRNA所调控的RNA在不同相互作用强度下的数量，命名为竞争性RNA。
可以理解的是，获取microRNA和RNA的数量可以通过高通量测序或公共数据库检索的方法。
microRNA和RNA相互作用强度可基于已有软件(如miRmap、TargetScan等)。
步骤S2，按照RNA所含竞争性RNA的相互作用强弱，从RNA中确定出不同强度的竞争性RNA，计算获得microRNA的噪声调控能力值。
可以理解的是，选取合理的相互作用强度阈值，将竞争性RNA分为两类：相互作用强度高于阈值的竞争性RNA命名为强竞争性RNA，反之则命名为弱竞争性RNA。其中：
阈值可根据实际需求进行调整。我们前期有一些阈值可供参考，例如，当以miRmap的预测值miRmap score划分强和弱竞争性RNA时，miRmap score<-0.05可被认为是强竞争性RNA，反之则可被认为是弱竞争性RNA。
可以理解的是，将强竞争性RNA的数量减去弱竞争性RNA的数量，得到该microRNA的噪声调控能力值。
步骤S3，根据预期获得表达噪声的第一预设阈值，以根据第二预设阈值选取具有特定噪声调控能力值的microRNA设计靶位点，并对microRNA调控的靶位点进行设计，以定向调整所述表达噪声。
具体的，如果预期获得表达噪声较高的调控效果，则根据下面的全部或部分原则设计microRNA感受器：
选取噪声调控能力值较大的microRNA设计靶位点；
当所需要microRNA感受器所调控的基因抑制效率较高时，可以同时设计2个或2个以上的microRNA靶位点。
如果预期获得表达噪声较低的调控效果，则根据下面的全部或部分原则设计microRNA感受器：
选取噪声调控能力值较小的microRNA设计靶位点；
当所需要microRNA感受器所调控的基因抑制效率较高时，可以将2个或2个以上被不同microRNA调控的靶位点进行组合，构成microRNA感受器。
根据本发明提出的microRNA感受器序列的设计方法，通过获得microRNA感受器所处于的细胞环境内的microRNA和RNA，根据microRNA和RNA获得竞争性RNA；其中，竞争性RNA是基于microRNA和RNA相互作用的强度，计算出每一种microRNA所调控的RNA在不同相互作用强度的数量；按照RNA所含竞争性RNA的相互作用强弱，从RNA中确定出不同强度的竞争性RNA，计算获得噪声调控能力值；根据预期获得表达噪声的第一预设阈值，以根据第二预设阈值选取具有特定噪声调控能力值的microRNA设计靶位点，并对microRNA调控的靶位点进行设计，以定向调整所述表达噪声。本发明可以准确地基于细胞的状态和需求的基因表达值调高或调低基因表达噪声，在合成生物学中具有广泛的工程应用价值。
其次参照附图描述根据本发明实施例提出的microRNA感受器序列的设计装置。
图2是本发明一个实施例的microRNA感受器序列的设计装置的结构示意图。
如图2所示，该结构装置10包括：计算模块100、确定模块200和设计模块300。
计算模块100，用于获得microRNA感受器在细胞环境内的microRNA和RNA，根据microRNA和RNA获得竞争性RNA；其中，竞争性RNA是基于microRNA和RNA相互作用的强度，计算出每一种microRNA所调控的RNA在不同相互作用强度的数量；
确定模块200，用于按照RNA所含竞争性RNA的相互作用强弱，从RNA中确定出不同强度的竞争性RNA，计算获得噪声调控能力值；
设计模块300，用于根据预期获得表达噪声的第一预设阈值，以根据第二预设阈值选取具有特定噪声调控能力值的microRNA设计靶位点，并对microRNA调控的靶位点进行设计，以定向调整所述表达噪声。
进一步地，上述确定模块200，包括：
确定RNA所含竞争性RNA的数量；
判断竞争性RNA的相互作用强度是否大于或等于第三预设阈值；
若是，则将竞争性RNA作为强竞争性RNA；
若否，则将竞争性RNA作为弱竞争性RNA；
将强竞争性RNA的数量减去弱竞争性RNA的数量，得到microRNA的噪声调控能力值。
进一步的，上述计算模块100，包括通过高通量测序或公共数据库检索方法中的一种。
进一步的，上述设计模块300，包括：
确定microRNA所含强竞争性RNA和弱竞争性RNA的数量；
如果预期获得表达噪声大于第一预设阈值，则选取特定噪声调控能力值大于或等于第二预设阈值的microRNA设计靶位点；
当所需要microRNA感受器所调控的基因抑制效率大于第四预设阈值时，同时设计多个microRNA靶位点。
进一步的，上述设计模块300，还包括：
如果预期获得表达噪声小于第一预设阈值，则选取特定噪声调控能力值小于第二预设阈值的microRNA设计靶位点；
当所需要microRNA感受器所调控的基因抑制效率大于第四预设阈值时，将多个被不同microRNA调控的靶位点进行组合，构成所述microRNA感受器。
需要说明的是，前述对microRNA感受器序列的设计方法实施例的解释说明也适用于该实施例的microRNA感受器序列的设计装置，此处不再赘述。
根据本发明实施例提出的microRNA感受器序列的设计装置，通过获得microRNA感受器所处于的细胞环境内的microRNA和RNA，根据microRNA和RNA获得竞争性RNA；其中，竞争性RNA是基于microRNA和RNA相互作用的强度，计算出每一种microRNA所调控的RNA在不同相互作用强度的数量；按照RNA所含竞争性RNA的相互作用强弱，从RNA中确定出不同强度的竞争性RNA，计算获得噪声调控能力值；根据预期获得表达噪声的第一预设阈值，以根据第二预设阈值选取具有特定噪声调控能力值的microRNA设计靶位点，并对microRNA调控的靶位点进行设计，以定向调整所述表达噪声。本发明可以准确地基于细胞的状态和需求的基因表达值调高或调低基因表达噪声，在合成生物学中具有广泛的工程应用价值。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不是必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
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