[发明专利]一种基于细胞力学矩阵模型的基因工程方法

说明书

本发明提出了一种基于细胞力学矩阵模型的基因工程算法，具体包括如下步骤：1)设定细胞力学理论，2)选择经典力学导出的理论体系建立细胞的复杂计算；3)结合哈密尔顿原理，由拉格朗日函数描述其特性，4)根据3)推导得出细胞力学方程组；5)根据4)中，细胞力学方程组可以写为等价的矩阵形式：H|X＝|X'；本发明使得基因工程设计有了理论基础，在设计阶段对基因工程的产品进行计算机预测、评估；本发明可以将生物学理论数学化，从而把对人类研究的成果，应用到机器人设计中，快速发展人工智能，由于人类基因组是最好的操作系统，本发明可以把人类基因组操作系统的设计方法用于计算机操作系统设计。

技术领域

本发明涉及基因工程技术领域，具体的讲涉及一种基于细胞力学矩阵模型的基因工程算法。

背景技术

基因工程(genetic engineering)又称基因拼接技术和DNA重组技术，是以分子遗传学为理论基础，以分子生物学和微生物学的现代方法为手段，将不同来源的基因按预先设计的蓝图，在体外构建杂种DNA分子，然后导入活细胞，以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品。基因工程技术为基因的结构和功能的研究提供了有力的手段。

在现有技术中，基本上都是怎么实现转基因的技术手段，对于转入基因怎样和原来生物所具有的基因怎样相互作用，转入基因采取何种机制在原有生物中调控其表达方式，转入基因对复杂的生物整体的影响等问题几乎都没有涉及。目前公众对于转基因产品的反对，就反映了公众对没有深入研究的转基因产品的安全性的担心，因为迄今为止，甚至没有一个真正合理的理论以及实用的方法对这些问题进行研究和设计。

在现有技术中，最有可能用于对基因工程的复杂性进行研究的方法是基于神经网络理论的生物学模型；1982年，美国物理学家Hopfield神经网络的论文激发了现代神经网络研究热潮，Stuart A.Kauffman根据神经网络理论提出基于神经网络理论的生物学模型，1993年，他在《秩序起源》一书中详细的论述了这一理论在生物医学中的应用，是迄今最流行的生物学神经网络模型。

以神经网络理论为基础的专利数以千计，在此我们不再赘述，然而神经网络理论并不能合理的解释和预测细胞内部由基因主导的调控机制。

发明内容

因此本发明提出一种基于细胞力学矩阵模型的基因工程算法，用来解决转入基因和原生物固有基因相互作用、表达调控、整体影响等复杂性问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种基于细胞力学矩阵模型的基因工程算法，具体包括如下步骤：

1)设定细胞力学理论，其中原核细胞中每种细胞内包含n种分子和离子，每种分子或离子的数量为q_i，则原核细胞的状态用矢量表述为：(q₁,q₂,…,q_n)；

真核细胞中每个细胞器用矢量表述为：(q₁,q₂,…,q_s)；真核细胞的状态矢量为各个细胞器、细胞质、细胞核矢量的组合；

2)选择经典力学导出的理论体系建立细胞的复杂计算微分方程和等价的矩阵模型；

3)结合哈密尔顿原理，由拉格朗日函数描述其细胞特性：

4)根据3)推导得出，细胞力学方程组为

这里是细胞的拉格朗日函数；q_i是细胞第i个组分的摩尔浓度，是细胞第i个组分的摩尔浓度随时间的变化率；

5)根据4)中，细胞力学方程组-拉格朗日方程组可以写为等价的矩阵形式

H|X＝|X'

这里H为微分算子矩阵：