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Modelos y algoritmos para el análisis de equilibrio de sistemas de ácidos nucleicos de materiales mixtos

Avinash Nanjundiah1, Mark E Fornace1,2, Samuel J Schulte1

  • 1Division of Biology & Biological Engineering, California Institute of Technology, Pasadena, California 91125, United States.

ACS synthetic biology
|January 7, 2026
PubMed
Resumen

Nuevos algoritmos de NUPACK permiten el análisis de sistemas de ácidos nucleicos de materiales mixtos, cruciales para aplicaciones in vitro e in vivo. Estos modelos calculan eficientemente las propiedades de equilibrio para complejos ARN/ADN y ARN/2'OMe-ARN.

Palabras clave:
ARN/2'OMeEstructuras secundarias muestreadas por BoltzmannADNNUPACKARNcaso híbridoconjunto complejofunción de partición complejaalgoritmo de programación dinámicaprobabilidades de apareamiento de bases en equilibrioconcentraciones complejas en equilibrioconjunto de tubo de ensayocorrección de salsodiomateriales mixtoscaso quiméricoestructura secundaria de energía libre mínima

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Área de la Ciencia:

  • Biología Computacional
  • Biofísica
  • Biología Molecular

Sus antecedentes:

  • El software NUPACK analiza actualmente sistemas de ácidos nucleicos de un solo material (todo ARN o todo ADN).
  • Los sistemas de ácidos nucleicos de materiales mixtos son vitales para aplicaciones avanzadas in vitro, in situ e in vivo.
  • Los modelos existentes carecen de la capacidad de analizar sistemas con componentes tanto de ARN como de ADN.

Objetivo del estudio:

  • Desarrollar modelos físicos y algoritmos de programación dinámica para analizar sistemas de ácidos nucleicos de materiales mixtos.
  • Permitir la especificación a nivel de nucleótido de la composición del material en conjuntos complejos y de tubo de ensayo.
  • Extender las capacidades de NUPACK a los sistemas ARN/ADN y ARN/2'OMe-ARN.

Principales métodos:

  • Desarrollados nuevos modelos físicos y algoritmos de programación dinámica para sistemas de materiales mixtos.
  • Construidos conjuntos de parámetros de energía libre para ARN/ADN y ARN/2'OMe-ARN combinando parámetros existentes.
  • Implementadas nuevas recursiones de programación dinámica que tienen en cuenta la composición de material específica de nucleótidos.

Principales resultados:

  • Los algoritmos de materiales mixtos mantienen una complejidad temporal de O(N^3), similar a los algoritmos de materiales únicos.
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Conclusiones:

  • Los nuevos algoritmos permiten un análisis eficiente y preciso de los conjuntos de ácidos nucleicos de materiales mixtos.
  • Estos avances son críticos para el diseño y la comprensión de aplicaciones complejas basadas en ácidos nucleicos.
  • Los análisis de materiales mixtos son accesibles a través de la aplicación web NUPACK y el módulo Python.