单分子荧光共振能量转移数据处理的优化算法

发布时间：2018-01-30 08:22

本文关键词： 单分子荧光共振能量转移数据处理算法 G-四联体DNA 折叠动力学　出处：《物理学报》2017年11期 　论文类型：期刊论文

【摘要】：单分子荧光共振能量转移(smFRET)技术是当今单分子生物物理研究领域的重要实验手段,该技术通过测量供体、受体荧光光强以及二者间的共振能量转移效率,揭示标记位点间的距离,用于研究DNA、蛋白质等生物大分子的构象变化.然而,当前传统数据处理方法大量依赖人工干预,噪音大,严重影响了实验效率和数据的可靠性.本文提出了一种针对smFRET数据的自动分析算法.该算法主要包括三个部分:基于计算供体与受体荧光光强的相关系数来确定受体与供体对应荧光点的自动匹配算法、甄别错误点的筛选算法以及基于隐马尔可夫模型的全局拟合算法.经改进后的算法大大简化了传统算法中需要人工干预的步骤,而且自动筛除了实验数据中主要的几类噪音.将改进的算法应用于人类端粒重复序列G-四联体(G4)DNA折叠动力学的数据分析,结果显示优化算法比传统算法能够更快地得到更高信噪比的数据,而且该数据结果清晰地表明G4的折叠体现出多态性并受到钾离子浓度的影响.
[Abstract]:Single molecule fluorescence resonance energy transfer (SMSFRET) technique is an important experimental method in the field of single molecule biophysics. The fluorescence intensity of the receptor and the resonance energy transfer efficiency between them reveal the distance between the labeled sites and be used to study the conformation changes of biological macromolecules such as DNA and protein. At present, the traditional data processing methods rely heavily on manual intervention and make a lot of noise. This paper presents an automatic analysis algorithm for smFRET data, which consists of three parts:. Based on the calculation of the correlation coefficient of the fluorescence intensity between the donor and the receptor, the automatic matching algorithm of the corresponding fluorescence point between the receptor and the donor is determined. The algorithm of screening error points and the global fitting algorithm based on hidden Markov model. The improved algorithm greatly simplifies the steps of manual intervention in the traditional algorithm. In addition to the main types of noise in the experimental data, the improved algorithm is applied to the analysis of DNA folding dynamics of human telomere repeat sequence G4N. The results show that the optimized algorithm can obtain higher SNR data faster than the traditional algorithm, and the results clearly show that the folding of G4 is polymorphic and affected by the concentration of potassium ions.
【作者单位】：中国科学院物理研究所软物质物理重点实验室北京凝聚态物理国家实验室;中国科学院大学物理科学学院;西北农林科技大学生命科学院;
【基金】：国家自然科学基金(批准号:11674383,11474346,11274374) 国家重点基础研究发展计划(批准号:2013CB837200) 国家重点研究发展计划(批准号:2016YFA0301500)资助的课题~~
【分类号】：O561
【正文快照】： 也较差.为了解决上述问题,前人进行了种种尝试,1引言解决了荧光分子容易淬灭和闪烁的问题[6-8]、规范了实验操作的步骤[9]、提出了数据处理的理论基础随着生物物理学和单分子生物技术的发展,更并开发了相应的数据处理程序[10].然而,这些已有多的生命科学问题可以在单分子尺度

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