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一种生物传感器的逻辑细胞模型设计与合成方法

阅读:924发布:2024-01-10

专利汇可以提供一种生物传感器的逻辑细胞模型设计与合成方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公布了一类转基因细胞系或合成细胞的纳米 生物 计算机和网络模型,以及细胞通讯内外 信号 传导通道系统的基因调控回路的设计模型和人工合成方法,表达载体的启动子设计与合成,建立转基因细胞系,用于细胞 传感器 的药物分析与筛选、环境分子监测,以及干细胞 基因 治疗 等。,下面是一种生物传感器的逻辑细胞模型设计与合成方法专利的具体信息内容。

1.一种用于药物筛选的细胞传感器生物计算机,在于细胞分子系统模的设计与合成技术方法;
2.该细胞模型设计在于一种人工细胞,包括,神经元、内分泌细胞与免疫细胞等通讯网络设计;
3.用于转基因建系,或人工设计的细胞系,包括,CHO等一股细胞系,不限于哺乳动物细胞,也包括其它动物、植物和人体正常或病理细胞系;
4.这类细胞系,也包括,干细胞、分化细胞,如,胚胎干细胞,分化的神经细胞、内皮细胞、肌肉细胞、内分泌细胞和淋巴细胞等血细胞等;
5.人工设计与合成基因、基因链、信号传导网络等,对细胞进行改造与重编程序,可以做复杂的计算与信息处理;
6.一类设计方法在于基因表达启动子序列的调控结构和转录因子结合位点;
7.启动子基因序列,受转录因子等调控特异性表达的结构基因,结构基因为可检测表达信号和定量的荧光蛋白质类基因;
8.受调控表达的基因,也可以是其它可作用于检测信号分子的蛋白质或酶等分子;
转录因子为一些特定的信号传导通道,包括,磷酸化酶等修饰或调控的蛋白质相互作用分子网络;
9.药物分子作用于细胞信号传导激发或抑制转录因子活性,激活或抑制基因表达,从而,通
10.过荧光蛋白质等表达强弱分析药物的作用和效应;
11.这些转录因子的与DNA结合序列,包括,c-fos,c-Jun,Egr-1,Pit-1和cAMP结合位点等,任何一类转录因子的DNA结合序列;
12.转录因子结合位点序列,通过基因和载体构建,插入各类通用表达载体的启动子,包括,取代或部分取代CMV等非特异性表达的启动子调控序列
13.用于基因表达信号检测的荧光蛋白质等,调控基因表达的启动子结合位点序列可以是一个或多个转录因子结合序列;
14.调控信号蛋白质或其它生物分子表达和定量的信号传导通道,包括,特异受体蛋白质和GCP等受体偶联分子的信号传导或分子作用网络;
15.调控基因表达的分子,也包括,核激素受体等蛋白质分子或类固醇激素分子等;
16.药物靶向作用于信号传导通道,激活转录因子进入细胞核与基因启动子结合,调控转基因荧光蛋白质的表达,从而,可以定性鉴别和定量检测药物作用的信号通道和药理效应;
17.细胞传感器、转基因细胞系或人工设计的细胞系,可用于一股的细胞培育或多孔板培育,也可用于微流控芯片高通量药物分析与分子筛选;
18.这类芯片是微流控芯片(micro-fluidic chip),可以集成不同的小槽内培育不同细胞系,通过芯片仪器的软件控制微槽的液体流动和操作流程;
19.不同细胞类型,神经元、内分泌细胞等,也可以同时在一块芯片上培育,并人工设计与合成的基因回路和表达,可以建立不同细胞系之间的分子通讯或相互作用网络。

说明书全文

一种生物传感器的逻辑细胞模型设计与合成方法

技术领域

[0001] 基因工程、合成生物学等生物技术,一种用作活体(wet)生物计算机的细胞通讯分子系统模型设计与基因回路人工合成方法。

背景技术

[0002] 用于遗传疾病基因表达分析和药物分子筛选的细胞传感器芯片,采用人工设计分子模或生物砖块(bio-brick)的合成细胞、转基因细胞系和微流控芯片技术集成,用于分子药物分析与筛选的微流控细胞芯片和配套试剂盒,实现肿瘤早期和遗传疾病的基因表达分析和医学检测,可用于治疗的药物分子高通量化和规模化筛选的细胞芯片和试剂盒。
[0003] 20世纪90年代,在细胞计算机和非诺依曼计算机模型的基础上,1994年中科院曾杰(邦哲)发表细胞仿生工程和生物分子计算机研究的系统生物工程概念(论系统生物工程范畴,转基因动物通讯,中科院,1994年6月),包括,基因组蓝图设计、生物机器装配的仿生学与基因工程整合概念。1999年曾杰(邦哲)建立系统生物科学与工程网站–生物系统网络(biosystem network),设计了仿生工程和转基因技术结合的细胞内分子电子线路概念图,提出把遗传信息系统看作基因组智能(genomic intelligence)人工编制基因程序,重新设计细胞内复杂生物分子相互作用网络,使细胞成为人工生命系统,2002年在德国提出分子模块、细胞器、基因群设计细胞和细胞信号通讯与行为的生物计算机模型(Automatic cell,the bio-computer),拓展了多元细胞计算机与层次的概念。
[0004] 1994年L.Adleman发表了DNA分子计算机研究,1999年-2000年R.Weiss等在DNA分子计算机的基础上开始发表活体(wet)或基因工程的细胞计算机研究,2000年国际系统生物学与合成生物学的兴起,采用合成生物学技术的细胞计算机研究成为一个新的热点,可用于有关数学难题的运算和生物传感器研究,尤其在分子监测、环境监控和医疗卫生领域成为开发纳米生物分子机器的重要发展方向。
[0005] 病理和疾病检测、药理和药物筛选的基因与遗传学分析是生物医学检测和制药工业常规技术。不同病理状态、发育阶段或药物处理细胞的信号传导路径和基因差异表达的生物分析技术,可应用于疾病相关基因的病理诊断、药物分析与药物筛选。细胞传感器设计与微流控芯片技术集成,分析样品微量化和技术高通量化,提供可批量化的医疗检测和药物分子种类规模化的筛选分析等。可广泛应用于医疗疾病检测、药物发现和药物筛选与分析等生物技术和医学领域,遗传疾病和肿瘤疾病等诊断与动植物药物分子检测实验室、药物分子筛选 和制药工业研究实验室等。发明内容
[0006] 采用合成生物学的人工细胞设计原理,设计与合成细胞信号传导路径和基因调控网络的分子模块(bio-brick),用于靶向细胞信号传导路径的药物分析和筛选。
[0007] 人工设计与合成细胞分子模块的传感器设计,一种用于药物筛选的细胞传感器和生物计算机,在于细胞分子系统模块的设计与合成方法与技术,该细胞模型设计在于一种人工细胞,包括,神经元、内分泌细胞与免疫细胞等通讯网络设计。
[0008] 人工细胞的分子模块设计与基因回路(gene circuit)合成与转基因细胞建系,人工设计与合成基因、基因链、信号传导网络等,对细胞进行改造与重编程序,可以做复杂的计算与信息处理。一类设计方法在于基因表达启动子序列的调控结构和转录因子结合位点,启动子基因序列,受转录因子等调控特异性表达的结构基因,结构基因为可检测表达信号和定量的荧光蛋白质类基因。受调控表达的基因,也可以是其它可作用于检测信号分子的蛋白质或酶等分子。转录因子为一些特定的信号传导通道,包括,磷酸化酶等修饰或调控的蛋白质相互作用分子网络,包括,各类调控基因表达的蛋白质,转录因子的DNA结合序列插入各类型的表达载体,添加、取代或部分取代非特异性表达启动子序列,从而,使基因表达受控于转录因子的结合活性。
[0009] 药物分子作用于细胞信号传导激发或抑制转录因子活性,激活或抑制基因表达,从而,通过荧光蛋白质等表达强弱分析药物的作用和效应。调控信号蛋白质或其它生物分子表达和定量的信号传导通道,包括,特异受体蛋白质和GCP等受体偶联分子的信号传导或分子作用网络,调控基因表达的分子,以及核激素受体等蛋白质分子或类固醇激素分子等。
[0010] 细胞传感器、转基因细胞系或人工设计的细胞,可用于微流控芯片高通量药物分子与筛选。用于转基因建系、人工设计与合成的细胞,包括,各类通用动植物细胞,正常和病理细胞,也包括,干细胞和各类分化细胞,如,神经细胞、血液细胞、上皮细胞等。不同细胞类型,神经元、内分泌细胞等,也可以同时在一块芯片上培育,并人工设计与合成的基因回路和表达,可以建立不同细胞系之间的分子通讯或相互作用网络等。
[0011] 细胞的分子网络和基因、蛋白质、代谢产物等精细分析,采用微流控芯片技术集成分析化学、生物技术操作流程,用于病理、药理的基因表达与药物分析:1)与微流控细胞芯片不同,在人工设计和转基因表达的细胞信号传导路径和基因调控回路;2)与细胞传感器不同,在于微流控芯片集成,转基因细胞系、合成细胞,人工设计与合成的细胞信号传导路径和基因调控网络。图1.是转录因子调控基因表达示意图
药物(drug)作用于细胞信号传导(signal transduction)通道,通过转录因子(transcriptional factor)调控,激发或抑制基因表达(RNA),从而,可通过检测表达蛋白质(GFP)的强弱分析药物效应。设计不同类型信号通道的转录因子调控基因表达载体和转基因细胞系或合成细胞,可以用于普通细胞培育方法分析,也可以集成在细胞芯片进行搞通量规模化对不同药物或药物作用于不同信号通道的药物分析与筛选。
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