本發(fā)明涉及基因編輯，具體涉及一種交互式crispr/cas9脫靶與打靶分析系統(tǒng)及分析方法。

背景技術(shù)：

1、在基因編輯領(lǐng)域，crispr-cas9技術(shù)因其高效、精確和操作簡便而受到廣泛關(guān)注。這項(xiàng)技術(shù)利用一個(gè)設(shè)計(jì)好的導(dǎo)向rna(sgrna)和一個(gè)核酸酶cas9來定位并切割特定的基因序列，從而實(shí)現(xiàn)基因的敲除或修改。然而，crispr-cas9技術(shù)也面臨著脫靶效應(yīng)的挑戰(zhàn)，即cas9可能在非目標(biāo)位點(diǎn)切割dna，這可能導(dǎo)致非預(yù)期的基因突變。

2、在實(shí)際應(yīng)用中，研究人員通常會(huì)通過多種實(shí)驗(yàn)方法來驗(yàn)證crispr-cas9的特異性和效率。這包括使用pcr和測序來檢測目標(biāo)位點(diǎn)的突變，以及通過全基因組測序(wgs)來評(píng)估潛在的脫靶位點(diǎn)。此外，研究人員還開發(fā)了多種檢測技術(shù)，如digenome-seq和circle-seq，這些技術(shù)可以在整個(gè)基因組范圍內(nèi)評(píng)估crispr-cas9的脫靶效應(yīng)。

3、通過整合打靶和脫靶分析，研究人員可以更好地控制基因編輯過程，減少非預(yù)期的副作用，推動(dòng)基因編輯技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

4、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在以下問題：

5、隨著crispr/cas9技術(shù)在基因編輯領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，其脫靶效應(yīng)(off-targeteffects)和打靶效率(on-target?efficiency)的評(píng)估變得至關(guān)重要。盡管現(xiàn)有的基因編輯工具在提高編輯特異性和效率方面取得了一定的進(jìn)展，但缺乏一個(gè)集成化的交互式系統(tǒng)，能夠同時(shí)對(duì)脫靶和打靶進(jìn)行高效、準(zhǔn)確的分析。目前的工具大多專注于單一的分析，而未能提供一個(gè)綜合的視角來全面評(píng)估crispr/cas9的編輯效果。此外，現(xiàn)有的工具在用戶交互性、數(shù)據(jù)分析的實(shí)時(shí)性和個(gè)性化反饋方面存在不足，限制了研究人員對(duì)編輯結(jié)果的深入理解和快速優(yōu)化，因此提出一種交互式crispr/cas9脫靶與打靶分析系統(tǒng)及分析方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種交互式crispr/cas9脫靶與打靶分析系統(tǒng)及分析方法，旨在彌補(bǔ)現(xiàn)有工具的不足，該系統(tǒng)通過集成多種生物信息學(xué)分析工具和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，提供了一個(gè)用戶友好的交互平臺(tái)，實(shí)時(shí)獲得脫靶和打靶分析結(jié)果,并且能夠讓非專業(yè)人士也能輕松使用，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種交互式crispr/cas9脫靶與打靶分析系統(tǒng)，該交互式crispr/cas9脫靶與打靶分析系統(tǒng)包括：用戶登錄管理模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、資源共享模塊、自適應(yīng)訓(xùn)練模塊和動(dòng)態(tài)交互分析模塊；

4、所述用戶登錄管理模塊包含任務(wù)查看功能和數(shù)據(jù)上傳記錄查看功能，其中數(shù)據(jù)上傳記錄查看功能允許用戶在系統(tǒng)后臺(tái)查看上傳數(shù)據(jù)的歷史記錄；

5、所述數(shù)據(jù)管理模塊用于允許用戶上傳數(shù)據(jù)，接收上傳的基因組數(shù)據(jù)，并在上傳過程中提供實(shí)時(shí)的上傳進(jìn)度反饋。

6、本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述資源共享模塊提供可共享的數(shù)據(jù)，并允許用戶將自己的數(shù)據(jù)設(shè)置為共享,數(shù)據(jù)格式為.fasta。

7、本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述自適應(yīng)訓(xùn)練模塊是根據(jù)模型訓(xùn)練過程中的實(shí)時(shí)反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)整，以提高訓(xùn)練效率和模型性能，其中包括使用驗(yàn)證集性能調(diào)整正則化，自適應(yīng)數(shù)據(jù)加權(quán)以及自適應(yīng)學(xué)習(xí)率算法adagrad、rmsprop、adam。

8、本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述adagrad是一種自適應(yīng)學(xué)習(xí)率算法，通過累積歷史梯度信息來調(diào)整每個(gè)參數(shù)的學(xué)習(xí)率；

9、

10、其中g(shù)t是第t輪迭代的梯度，rt是梯度的累積平方和，ε是一個(gè)很小的數(shù)防止除以零。

11、本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述rmsprop是adagrad的改進(jìn)版，它通過使用指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均來計(jì)算平方梯度，從而解決了adagrad學(xué)習(xí)率可能變得過小的問題；

12、

13、

14、其中β是一個(gè)介于0和1之間的常數(shù)，用于控制移動(dòng)平均的衰減率。

15、本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述adam結(jié)合了rmsprop和動(dòng)量方法(momentum)的思想，通過計(jì)算梯度的一階矩估計(jì)(均值)和二階矩估計(jì)(未中心的方差)來動(dòng)態(tài)調(diào)整每個(gè)參數(shù)的學(xué)習(xí)率；

16、mt＝β1×mt-1+(1-β1)×gt

17、

18、

19、其中mt和vt分別是一階矩和二階矩的估計(jì)值，β1和β2是估計(jì)這兩個(gè)矩的指數(shù)衰減因子。

20、本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述動(dòng)態(tài)交互分析模塊是平臺(tái)的核心組成部分，通過集成多種生物信息分析工具和在線交互分析工具，為用戶提供了一個(gè)功能強(qiáng)大且用戶友好的分析環(huán)境，主要包括脫靶效應(yīng)分析模型、打靶效應(yīng)分析模型以及數(shù)據(jù)可視化和結(jié)果展示。

21、第二方面，本發(fā)明還提供一種交互式crispr/cas9脫靶與打靶分析方法，該交互式crispr/cas9脫靶與打靶分析方法，包括以下步驟：

22、步驟一、用戶登錄系統(tǒng)平臺(tái)，并獲取用戶的登錄憑證信息；

23、步驟二、選擇平臺(tái)數(shù)據(jù)集或用戶上傳數(shù)據(jù)，若用戶上傳數(shù)據(jù)，可選擇數(shù)據(jù)是否共享；

24、步驟三、為用戶提供自適應(yīng)訓(xùn)練選項(xiàng)，提供個(gè)性化參數(shù)設(shè)置和優(yōu)化服務(wù)；

25、步驟四、允許用戶從系統(tǒng)中選擇適合的生物信息分析工具；

26、步驟五、提供用戶界面以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)交互式解析，用戶可以通過該界面與系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互和分析；

27、步驟六、用戶可以查看分析結(jié)果，并且這些結(jié)果可以被保存并集成到用戶個(gè)人的分析報(bào)告中，報(bào)告中將展示詳細(xì)的分析結(jié)果。

28、由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)來說，取得的技術(shù)進(jìn)步是：

29、1、本發(fā)明提供一種交互式crispr/cas9脫靶與打靶分析系統(tǒng)及分析方法，旨在彌補(bǔ)現(xiàn)有工具的不足，該系統(tǒng)通過集成多種生物信息學(xué)分析工具和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，提供了一個(gè)用戶友好的交互平臺(tái)，實(shí)時(shí)獲得脫靶和打靶分析結(jié)果,并且能夠讓非專業(yè)人士也能輕松使用。

30、2、本發(fā)明提供一種交互式crispr/cas9脫靶與打靶分析系統(tǒng)及分析方法，通過整合打靶和脫靶分析，研究人員可以更好地控制基因編輯過程，減少非預(yù)期的副作用，推動(dòng)基因編輯技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.一種交互式crispr/cas9脫靶與打靶分析系統(tǒng)，其特征在于：該交互式crispr/cas9脫靶與打靶分析系統(tǒng)包括：用戶登錄管理模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、資源共享模塊、自適應(yīng)訓(xùn)練模塊和動(dòng)態(tài)交互分析模塊；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種交互式crispr/cas9脫靶與打靶分析系統(tǒng)，其特征在于：所述資源共享模塊提供可共享的數(shù)據(jù)，并允許用戶將自己的數(shù)據(jù)設(shè)置為共享,數(shù)據(jù)格式為.fasta。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種交互式crispr/cas9脫靶與打靶分析系統(tǒng)，其特征在于：所述自適應(yīng)訓(xùn)練模塊是根據(jù)模型訓(xùn)練過程中的實(shí)時(shí)反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)整，以提高訓(xùn)練效率和模型性能，其中包括使用驗(yàn)證集性能調(diào)整正則化，自適應(yīng)數(shù)據(jù)加權(quán)以及自適應(yīng)學(xué)習(xí)率算法adagrad、rmsprop、adam。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種交互式crispr/cas9脫靶與打靶分析系統(tǒng)，其特征在于：所述adagrad是一種自適應(yīng)學(xué)習(xí)率算法，通過累積歷史梯度信息來調(diào)整每個(gè)參數(shù)的學(xué)習(xí)率；

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種交互式crispr/cas9脫靶與打靶分析系統(tǒng)，其特征在于：所述rmsprop是adagrad的改進(jìn)版，它通過使用指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均來計(jì)算平方梯度，從而解決了adagrad學(xué)習(xí)率可能變得過小的問題；

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種交互式crispr/cas9脫靶與打靶分析系統(tǒng)，其特征在于：所述adam結(jié)合了rmsprop和動(dòng)量方法(momentum)的思想，通過計(jì)算梯度的一階矩估計(jì)(均值)和二階矩估計(jì)(未中心的方差)來動(dòng)態(tài)調(diào)整每個(gè)參數(shù)的學(xué)習(xí)率；

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種交互式crispr/cas9脫靶與打靶分析系統(tǒng)，其特征在于：所述動(dòng)態(tài)交互分析模塊是平臺(tái)的核心組成部分，通過集成多種生物信息分析工具和在線交互分析工具，為用戶提供了一個(gè)功能強(qiáng)大且用戶友好的分析環(huán)境，主要包括脫靶效應(yīng)分析模型、打靶效應(yīng)分析模型以及數(shù)據(jù)可視化和結(jié)果展示。

8.一種交互式crispr/cas9脫靶與打靶分析方法，基于權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的一種交互式crispr/cas9脫靶與打靶分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，其特征在于：該交互式crispr/cas9脫靶與打靶分析方法，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種交互式CRISPR/Cas9脫靶與打靶分析系統(tǒng)及分析方法，涉及基因編輯技術(shù)領(lǐng)域，該交互式CRISPR/Cas9脫靶與打靶分析系統(tǒng)包括：用戶登錄管理模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、資源共享模塊、自適應(yīng)訓(xùn)練模塊和動(dòng)態(tài)交互分析模塊，所述用戶登錄管理模塊包含任務(wù)查看功能和數(shù)據(jù)上傳記錄查看功能，其中數(shù)據(jù)上傳記錄查看功能允許用戶在系統(tǒng)后臺(tái)查看上傳數(shù)據(jù)的歷史記錄。本發(fā)明通過通過集成多種生物信息學(xué)分析工具和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，提供了一個(gè)用戶友好的交互平臺(tái)，實(shí)時(shí)獲得脫靶和打靶分析結(jié)果,并且能夠讓非專業(yè)人士也能輕松使用，通過整合打靶和脫靶分析，研究人員可以更好地控制基因編輯過程，減少非預(yù)期的副作用，推動(dòng)基因編輯技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

技術(shù)研發(fā)人員：孫長梅,江振然
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華東師范大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2