[发明专利]一种基于组合式酶切机制的DNA矩阵处理方法

说明书

本发明公开了一种基于组合式酶切机制的DNA矩阵处理方法，包括：构建单辅助链介导的组合式酶切机制；在所述单辅助链介导的组合式酶切机制基础上引入一条辅助链，得到双辅助链介导的组合式酶切机制；通过所述双辅助链介导的组合式酶切机制构建DNA矩阵处理和布尔矩阵乘法的加权和；两条辅助链可以直接用作矩阵参与处理的元素，且2N条辅助链可以在E6型DNA酶的存在下组合成N²个四叉型酶切结构，裂解N²条底物链。同时E6型DNA酶具有高效催化以及特异性识别的特点，所以E6型DNA酶的加入使矩阵处理既快速又准确。

技术领域

本发明涉及DNA矩阵处理技术领域，具体来说是一种基于组合式酶切机制的DNA矩阵处理方法。

背景技术

近些年，很多基于DNA的复杂计算系统利用不同的生物工程方法得到了实现。例如Zhou等人利用氧化石墨烯与DNA结合构建了一种新颖的数字比较系统，可以实现两个或多个二进制数的比较。之后，Zhou等人又首次构建了一个可以计算十位二进制数(十进制数1000以内)的立方根逻辑电路，这项研究为复杂计算电路开辟了新视野，展示了DNA在生物计算领域的突出能力。FAN等人利用DNA链置换技术设计了基于DNA的开关电路来实现数字计算，为分子计算机的发展提供了一种新的策略。

此外，半加器半减器、全加器全减器、编码器解码器、平方根计算、以及神经元计算模型等层出不穷。特别地，Qian和Winfree等人提出了基于DNA链置换技术的“跷跷板门”DNA基序，后又在此基础上，进一步构建了能够实现“猜心术”的4神经元Hopfield神经网络计算模型和赢家通吃神经网络模型，这是在分子智能计算领域的一项突破性的研究。

事实上，神经网络执行的计算仅由几种运算组成，矩阵处理就是其中之一。然而，在矩阵处理中，计算操作实现的主要方法是DNA链置换，该方法简单快速，但同时也会引起缓慢的泄漏问题，从而影响处理结果的准确性。所以，需要找到一种新的方式来构建矩阵处理操作。矩阵处理的性能直接影响整个计算系统的性能，因此，对于矩阵处理的研究是非常有必要的。

发明内容

本发明目的是提供一种基于组合式酶切机制的DNA矩阵处理方法，其使矩阵处理既快速又准确，减少了DNA链之间的交叉干扰，提高了矩阵处理的稳定性。

为实现上述目的，本申请的技术方案为：一种基于组合式酶切机制的DNA矩阵处理方法，包括：

构建单辅助链介导的组合式酶切机制；

在所述单辅助链介导的组合式酶切机制基础上引入一条辅助链，得到双辅助链介导的组合式酶切机制；

通过所述双辅助链介导的组合式酶切机制进行DNA矩阵处理和布尔矩阵乘法的加权和；

进一步的，所述单辅助链介导的组合式酶切机制，包括一条辅助链Aux、E6型DNA酶DZ3和底物BrA3T；所述辅助链Aux作为该机制输入信号，以底物被切割后释放的荧光作为该机制输出信号。

进一步的，所述双辅助链介导的组合式酶切机制，包括两条辅助链Aux1-z11和Aux2-z11、E6型DNA酶DE3和底物ErA3T；所述两条辅助链Aux1-z11和Aux2-z11作为该机制输入信号，以底物被切割后释放的荧光作为该机制输出信号。

进一步的，所述DNA矩阵处理实现矩阵M与矩阵X相乘，具体为：将一条辅助链作为矩阵M中的元素，另一条辅助链作为矩阵X中的元素，所述矩阵M中的元素与所述矩阵X中的元素相乘，在报告模块的作用下，相乘结果被成功转导到荧光信号上，通过读取荧光信号来判断相乘结果。

进一步的，所述报告模块为E6型DNA酶E1、E6型DNA酶E2以及两条已经被功能化的底物链R1、R2。