美科学家用计算机模型预测DNA重组

　　

美国宾西法尼亚州的一个科研小组最近开发了一种新的计算方法，这种新方法可以预测DNA交换位点的数目和位置，帮助工业界开发各种活性酶、医疗蛋白和病毒载体。相关内容发表在2001年3月13日出版的美国国家科学院学报上。这个计算机程序的开发人员包括Costas D. Maranas（化学工程专业的助理教授），Gregory L. Moore（化学工程专业的研究生），Stefan Lutz（化学专业的博士后助理），Stephen J. Benkovic（教授）。

Maranas说：“到目前为止，这些方法的应用仍然是经验性的，我们不知道这些方法是否会很耗时，是否会很昂贵，也不知道结果到底怎么样。我们用热动力学技术来评估这些反应模型，这样我们就可以预测出重组DNA的父本来源。”

DNA重组技术使用来源于不同物种的相关基因或者具有相关功能的不同基因，先将它们打碎为DNA片断，然后重新组装起来进行重组。研究人员将重组后的基因转导入大肠杆菌，然后鉴定新基因生成的产物是否有潜在的利用价值。如果这些基因生产的蛋白产物有一定价值，那么将这些基因再次打碎，然后再次重组，这个过程反复进行，直到生成一种满足设计需要的蛋白产物。

使用DNA重组技术制造重组基因最重要的因素包括退火（冷却反应体系使单链DNA重新连接）温度，基因相似程度和DNA片断的大小。为DNA重组提供预测框架的数学模型仔细描述并研究了片断长度，连接温度，序列相似度和重组父本序列的数目等各种因素对于重组序列上的交换位点的数目，类型和分布的影响关系。实际上，父本基因越相似，潜在的交换位点也越多。

热动力学分析表明，退火连接反应大多发生在一段很窄的温度范围内。如果温度很低，那么DNA片断的连接会杂乱无章，形成一些毫无意义的序列，因此最终的目的是为了找到一个很低的合适的温度，同时优化出合适的交换位点，以重组形成具有某种功能的产物。Maranas说：“如果序列之间互不相干，毫无相似性可言，而且实验温度很高，那么最后不会有任何的交换位点。”

片断的大小同样也可以影响交换位点的数目。研究人员希望能够确定一条重组DNA序列上具有特定数目的交换位点的概率。同实验结果相比，这个重组算法过高地估计了交换位点的总数，特别是对于那些序列相似性很高的基因序列更是如此。但是实际上，算法并没有出错，原因是有些交换位点发生在父本基因完全相同的区域，因此在实验中，这些交换位点看起来好像并没有发生序列交换一样。这些“沉默”的交换位点并不能提供任何的多样性，因此重组算法将把它们排除出去。

Maranas说：“这个程序揭示了一些大的趋势。你可以在消耗时间和资源去做实验之前，先通过程序掌握一些大致的情况，它们包括不同片断的长度，退火温度或者甚至是不同父本基因的选择。这些数据同实验情况大致吻合，当然，模型里面不包括可调整的参数。当某些吻合的情节过于完美，难以判断的时候，程序似乎是捕捉到了观察的趋势。至少，我们可以预测出是否会产生交换位点，产生的交换位点是多还是少。”

在应用DNA重组技术时，父本基因的序列必须达到百分之五十到六十的相同程度，但是在相似程度较低时，仍然可以进行重组，研究人员正在对此进行研究。

摘自：新生命网站编译