CN110473590A - 一种用于dna置换技术的生物实验方法 - Google Patents

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张志芬
杨燕燕
李晓东
赵小庆
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郭慧琴
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Abstract

本发明公开了一种用于DNA置换技术的生物实验方法，(1)选取实验用具有遗传信息的样品，并对样品进行预处理，并且提取出需要使用的DNA；(2)构建DNA逻辑计算模型，将等摩尔浓度的各种提取后的DNA链加入到体系中，将混合液体置于如下退火条件:95℃、4min，65℃、30min，50℃、30min，37℃、30min，22℃、30min，然后加入DNA链和运算逻辑模块混合后，在室温下反应6h以上；(3)向不同逻辑计算模块中加入相应的输入信号，通过特异性识别位点相互作用，对应的信号分子输出链被释放；(4)通过聚丙烯酰胺凝胶电泳检测出逻辑计算相应的结果，验证试验结果的有效性。本发明的实验方法的准确性更高。

Description

一种用于DNA置换技术的生物实验方法
技术领域
本发明涉及DNA分子置换技术领域，尤其涉及一种用于DNA置换技术的 生物实验方法。
背景技术
DNA分子置换技术是美国加州大学生物计算研究组于2010年提出，并发 表在Science杂志上的，该团队利用DNA分子置换技术模拟了人工神经网络 的计算过程。在他们的生物实验中，利用4条DNA分子分别表示输入是“00”， “01”，“10”，“11”四种情况。然而，在DNA分子置换技术的生物实验 中，当使用较多的DNA分子时会导致DNA分子之间因杂交而出现假阳性与假 阴性的情形，使得实验不会按照事先的设计方案进行，最终导致实验与计算失败。另外，将DNA置换技术用于模拟神经模型的计算中利用4条DNA分子 表示输入的方式与神经计算系统的脉冲累加行为有所违背。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于DNA置换技术的生物实验 方法，解决了在DNA分子置换技术的生物实验中，使用较多的DNA分子会导 致DNA分子之间因杂交而出现假阳性与假阴性的情形，使得实验不会按照事 先的设计方案进行，最终导致实验与计算失败。另外，将DNA置换技术用于 模拟神经模型的计算中利用4条DNA分子表示输入的方式与神经计算系统的 脉冲累加行为有所违背的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于DNA置换技术的 生物实验方法：
(1)选取实验用具有遗传信息的样品，并对样品进行预处理，并且提取 出需要使用的DNA；
(2)构建DNA逻辑计算模型，将等摩尔浓度的各种提取后的DNA链加入 到体系中，将混合液体置于如下退火条件:95℃、4min，65℃、30min，50℃、 30min，37℃、30min，22℃、30min，然后加入DNA链和运算逻辑模块混 合后，在室温下反应6h以上；
(3)向不同逻辑计算模块中加入相应的输入信号，通过特异性识别位 点相互作用，对应的信号分子输出链被释放；
(4)通过聚丙烯酰胺凝胶电泳检测出逻辑计算相应的结果，验证试验结 果的有效性。
优选的，在步骤(1)，样品预处理的方法如下：取新鲜或冷冻样品的肌 肉组织，将组织尽量剪碎，装入的离心管中，向离心管中加入裂解缓冲液， 然后向离心管中加入10％的SDS，再加入蛋白酶K然后搅拌摇晃均匀，在55℃ 的条件下3h至过夜；在样品中加入NaCl溶液，室温8000rpm离心20min， 去沉淀，然后在上清液中加入等体积预冷异丙醇，混匀，在20℃的条件下处 理30min，14000rpm离心10min，去上清液，沉淀加70％ALC洗涤离心，室温挥发ALC5-10min；然后向离心管中加等体积酸液并缓慢来回颠倒离心管 10min，然后用用移液管小心取出上层相至另外干净的离心管中，不要触到两 相之间的白色蛋白层；然后加入等体积酚，轻摇，缓慢颠倒混匀10min，离心 5-10分钟，取上层清液于干净离心管中，最后加入等体积氯仿，轻摇，缓慢 颠倒混匀10min，13000-15000rpm离心5-10min，取上清液加入NaCl溶液和 等体积-20℃保存的无水乙醇，沉淀DNA10min，取上清液后加入ALC溶液，离 心后小心倒掉ALC，然后用70％ALC再洗一次，然后去ALC最后在45℃烘箱中 烘干15-30min，用双蒸水沿管壁沿四周冲洗，溶解12-24h，-20℃的条件下 保存备用。
优选的，在步骤(2)中，所述体系的终浓度为1pmol/L，TAE/Mg2+的缓 冲液。
优选的，在步骤(2)中，所述DNA逻辑计算模型包括与门逻辑器、或门 逻辑器以及非门逻辑器。
优选的，在步骤(4)中，使用包含5％聚丙烯酰胺的凝胶及测试接入设 备、镁离子缓冲液，在温度为4℃、电压值为80V的环境中使用FB-VE10-1 电泳疗法进行实验。
优选的，在步骤(4)中，电泳结束后，使用全染色染料对凝胶进行处理， 并且扫描凝胶的分布情况。
(三)有益效果
本发明提供了一种用于DNA置换技术的生物实验方法，具备有以下有益 效果：首先本实施例在室温下自发反应。因为整个链置换反应体系是在室温 下进行的，因此不会引起其他自组装结构热变性变化，从而减少了实验误差。 单极和双极置换模式。由于采用了单极和双极置换模式，本模型具有并行信 息处理和模块化组装等特点。这样设计主要有如下优点:第一，设计信号链 数据库的模块化。仅通过更换不同的识别位点就可以实现新的信号识别，便 于大规模程式化设计(在这个过程中，主体结构链是无需进行改变的)；第二，同一信号链可以同时触发不同的计算模块。这有利于多种计算模块相互结合 和搭建，以及运算的并行操控。第三，输入信号不仅可以是一种链，还可以 将多种混合信号链作为一种信号进行输入，可通过组合增加有限的信号数量。 (3)实验结果的高准确判读模式。由于自组装结构变化会导致各类DNA复合 分子电泳率变化，所以计算输出结果可以综合考虑不同电泳条带的位置进行 判读，如解体或新产生电泳条带。该特点有助于提高计算模型的准确率。通 过实验验证，针对特异输入信号，该计算模型能准确进行逻辑运算。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显 然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施 例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性 劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
现提出下述实施例：
一种用于DNA置换技术的生物实验方法：
(1)选取实验用具有遗传信息的样品，并对样品进行预处理，并且提取 出需要使用的DNA，样品预处理的方法如下：取新鲜或冷冻样品的肌肉组织， 将组织尽量剪碎，装入的离心管中，向离心管中加入裂解缓冲液，然后向离 心管中加入10％的SDS，再加入蛋白酶K然后搅拌摇晃均匀，在55℃的条件下 3h至过夜；在样品中加入NaCl溶液，室温8000rpm离心20min，去沉淀，然 后在上清液中加入等体积预冷异丙醇，混匀，在20℃的条件下处理30min， 14000rpm离心10min，去上清液，沉淀加70％ALC洗涤离心，室温挥发 ALC5-10min；然后向离心管中加等体积酸液并缓慢来回颠倒离心管10min，然 后用用移液管小心取出上层相至另外干净的离心管中，不要触到两相之间的 白色蛋白层；然后加入等体积酚，轻摇，缓慢颠倒混匀10min，离心5-10分 钟，取上层清液于干净离心管中，最后加入等体积氯仿，轻摇，缓慢颠倒混 匀10min，13000-15000rpm离心5-10min，取上清液加入NaCl溶液和等体积 -20℃保存的无水乙醇，沉淀DNA10min，取上清液后加入ALC溶液，离心后小 心倒掉ALC，然后用70％ALC再洗一次，然后去ALC最后在45℃烘箱中烘干 15-30min，用双蒸水沿管壁沿四周冲洗，溶解12-24h，-20℃的条件下保存备 用；
(2)构建DNA逻辑计算模型，将等摩尔浓度的各种提取后的DNA链加入 到体系中，所述体系的终浓度为1pmol/L，TAE/Mg2+的缓冲液，将混合液体 置于如下退火条件:95℃、4min，65℃、30min，50℃、30min，37℃、30min， 22℃、30min，然后加入DNA链和运算逻辑模块混合后，在室温下反应6h以 上；
(3)向不同逻辑计算模块中加入相应的输入信号，所述DNA逻辑计算模 型包括与门逻辑器、或门逻辑器以及非门逻辑器，通过特异性识别位点相互 作用，对应的信号分子输出链被释放；
(4)通过聚丙烯酰胺凝胶电泳检测出逻辑计算相应的结果，验证试验结 果的有效性，使用包含5％聚丙烯酰胺的凝胶及测试接入设备、镁离子缓冲 液，在温度为4℃、电压值为80V的环境中使用FB-VE10-1电泳疗法进行实 验，在步骤(4)中，电泳结束后，使用全染色染料对凝胶进行处理，并且扫 描凝胶的分布情况。
在本实施例中，首先本实施例在室温下自发反应。因为整个链置换反应 体系是在室温下进行的，因此不会引起其他自组装结构热变性变化，从而减 少了实验误差。单极和双极置换模式。由于采用了单极和双极置换模式，本 模型具有并行信息处理和模块化组装等特点。这样设计主要有如下优点:第 一，设计信号链数据库的模块化。仅通过更换不同的识别位点就可以实现新 的信号识别，便于大规模程式化设计(在这个过程中，主体结构链是无需进行 改变的)；第二，同一信号链可以同时触发不同的计算模块。这有利于多种计算模块相互结合和搭建，以及运算的并行操控。第三，输入信号不仅可以是 一种链，还可以将多种混合信号链作为一种信号进行输入，可通过组合增加 有限的信号数量。(3)实验结果的高准确判读模式。由于自组装结构变化会 导致各类DNA复合分子电泳率变化，所以计算输出结果可以综合考虑不同电 泳条带的位置进行判读，如解体或新产生电泳条带。该特点有助于提高计算 模型的准确率。通过实验验证，针对特异输入信号，该计算模型能准确进行 逻辑运算。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来 将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示 这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、 “包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系 列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明 确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有 的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素， 并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同 要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而 言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行 多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限 定。

Claims (6)

1.一种用于DNA置换技术的生物实验方法，其特征在于：
(1)选取实验用具有遗传信息的样品，并对样品进行预处理，并且提取出需要使用的DNA；
(2)构建DNA逻辑计算模型，将等摩尔浓度的各种提取后的DNA链加入到体系中，将混合液体置于如下退火条件:95℃、4min，65℃、30min，50℃、30min，37℃、30min，22℃、30min，然后加入DNA链和运算逻辑模块混合后，在室温下反应6h以上；
(3)向不同逻辑计算模块中加入相应的输入信号，通过特异性识别位点相互作用，对应的信号分子输出链被释放；
(4)通过聚丙烯酰胺凝胶电泳检测出逻辑计算相应的结果，验证试验结果的有效性。
2.根据权利要求1所述的一种用于DNA置换技术的生物实验方法，其特征在于：在步骤(1)，样品预处理的方法如下：取新鲜或冷冻样品的肌肉组织，将组织尽量剪碎，装入的离心管中，向离心管中加入裂解缓冲液，然后向离心管中加入10％的SDS，再加入蛋白酶K然后搅拌摇晃均匀，在55℃的条件下3h至过夜；在样品中加入NaCl溶液，室温8000rpm离心20min，去沉淀，然后在上清液中加入等体积预冷异丙醇，混匀，在20℃的条件下处理30min，14000rpm离心10min，去上清液，沉淀加70％ALC洗涤离心，室温挥发ALC5-10min；然后向离心管中加等体积酸液并缓慢来回颠倒离心管10min，然后用用移液管小心取出上层相至另外干净的离心管中，不要触到两相之间的白色蛋白层；然后加入等体积酚，轻摇，缓慢颠倒混匀10min，离心5-10分钟，取上层清液于干净离心管中，最后加入等体积氯仿，轻摇，缓慢颠倒混匀10min，13000-15000rpm离心5-10min，取上清液加入NaCl溶液和等体积-20℃保存的无水乙醇，沉淀DNA10min，取上清液后加入ALC溶液，离心后小心倒掉ALC，然后用70％ALC再洗一次，然后去ALC最后在45℃烘箱中烘干15-30min，用双蒸水沿管壁沿四周冲洗，溶解12-24h，-20℃的条件下保存备用。
3.根据权利要求1所述的一种用于DNA置换技术的生物实验方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述体系的终浓度为1pmol/L，TAE/Mg2+的缓冲液。
4.根据权利要求1所述的一种用于DNA置换技术的生物实验方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述DNA逻辑计算模型包括与门逻辑器、或门逻辑器以及非门逻辑器。
5.根据权利要求1所述的一种用于DNA置换技术的生物实验方法，其特征在于：在步骤(4)中，使用包含5％聚丙烯酰胺的凝胶及测试接入设备、镁离子缓冲液，在温度为4℃、电压值为80V的环境中使用FB-VE10-1电泳疗法进行实验。
6.根据权利要求1所述的一种用于DNA置换技术的生物实验方法，其特征在于：在步骤(4)中，电泳结束后，使用全染色染料对凝胶进行处理，并且扫描凝胶的分布情况。
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