#nucleotide #server #dna #molecular #editing #designs #browser

app codenano-server

一个用于在浏览器中编辑DNA分子设计的工具

11个版本

0.4.0 2020年5月11日
0.3.9 2019年11月22日
0.3.4 2019年10月10日
0.3.3 2019年9月21日
0.3.0 2019年8月29日

#2 in #molecular

每月下载量 32次

MIT/Apache

455KB
5.5K SLoC

Rust 4.5K SLoC // 0.1% comments JavaScript 741 SLoC // 0.1% comments

Codenano

安装

别忘了也要克隆子模块的内容 git clone https://github.com/thenlevy/codenano.git --recursive.

需求

  • 您需要Docker来构建用户空间。本教程假定您知道如何从现有的Dockerfile构建Docker镜像
  • 安装Codenano最简单的方法是使用Nix包管理器

在存储库根目录下运行nix-shell。一旦运行了nix-shell,运行make。如果一切顺利,这将显示一个生成的.json文件在stdout上。

构建Docker镜像并将其标记为codenano,以准备用户空间 docker build . -t codenano

现在您可以启动服务器了 cdserver 并运行 cargo r -- --static ../static &。Codenano现在在localhost:4000上运行。

设计纳米结构

入门

您可以将此代码复制粘贴以生成一个双交叉

use codenano::*;


pub fn main() {
    let mut ori = Nanostructure::new();
    let id_0 = ori.add_grid_helix(0, 0);
    let id_1 = ori.add_grid_helix(1, 0);

    ori.draw_strand(id_0, false, 0, 20, AUTO_COLOR);
    ori.draw_strand(id_0, true, 0, 20, AUTO_COLOR);
    ori.draw_strand(id_1, false, 0, 20, AUTO_COLOR);
    ori.draw_strand(id_1, true, 0, 20, AUTO_COLOR);

    ori.make_jump(ori.get_nucl(id_1, 11, false), ori.get_nucl(id_0, 11, true));
    ori.make_jump(ori.get_nucl(id_0, 12, true), ori.get_nucl(id_1, 12, false));


    ori.finish();
}

螺旋、链和核苷酸

Codenano中,设计是通过在螺旋上绘制并在那些链之间进行跳跃来制作的。螺旋可以看作是双无限双轴,具有整数坐标。螺旋作为核苷酸的支持。在每个螺旋上有一个“感觉”轴,链从5'到3'通过增加其坐标进行,还有一个“反义”轴,链从5'到3'通过减少其坐标进行。每个核苷酸由3个值标识

  • 它所在的螺旋的标识符(一个整数)
  • 它在轴上的坐标(一个整数)
  • 一个布尔值,表示核苷酸是在反义轴(true)还是在义轴(false)上

通过指定空间中的一个点作为起点,以及3个角度来指定它们的翻滚、偏航和俯仰

还有一个简单的版本来创建螺旋。函数add_grid_helix(i, j)在网格中创建一个以方格(i,j)为起点的螺旋。这个函数创建的所有螺旋都是平行的,且俯仰、偏航和翻滚均为0。

当它们被创建时,螺旋上没有核苷酸。要添加核苷酸,请使用函数draw_strand(id, antisense, begin, end, color),其中

  • id是螺旋标识符
  • antisense是一个布尔值,表示我们在螺旋的哪个轴上绘制(false表示义轴,true表示反义轴)
  • beginend是添加核苷酸的轴上的第一个和最后一个(包含)坐标
  • color是要绘制的链的颜色。可以使用十六进制RGB指定颜色,或者当感到缺乏灵感时使用AUTO_COLOR

 

use codenano::*;


pub fn main() {
    let mut ori = Nanostructure::new();
    let id_0 = ori.add_grid_helix(0, 0);

    let id_1 = ori.add_helix(0., 0.2, 0., 0., 0., 0.); 
    // ^ This helix is parallel to id_0

    let id_2 = ori.add_helix(0., 0.5, -1., 0., 3.14/4., 3.14/6.);
    // ^ This helix has different orientation

    ori.draw_strand(id_0, false, 0, 20, AUTO_COLOR);
    ori.draw_strand(id_0, true, 0, 20, AUTO_COLOR);
    ori.draw_strand(id_1, false, 0, 20, AUTO_COLOR);
    ori.draw_strand(id_1, true, 0, 20, AUTO_COLOR);

    // green strand
    ori.draw_strand(id_2, false, 0, 40, 0x00FF00);

    // blue strand
    ori.draw_strand(id_2, true, 0, 40, 0x0000FF);

    ori.finish();
}

跳跃

链确定核苷酸之间的共价键的位置。如果两个相邻的核苷酸在同一个链上,它们之间就有共价键。也可以通过在两个核苷酸之间创建一个jump来创建一个共价键。从链s1上的一个核苷酸跳跃到链s2上的另一个核苷酸有以下效果

  • s1的5'端和s2的3'端合并为一个链
  • s1的3'端成为一个新的独立链
  • s2的5'端成为一个新的独立链

 

use codenano::*;

pub fn main() {
    let mut ori = Nanostructure::new();
    let id_0 = ori.add_grid_helix(0, 0);

    let id_1 = ori.add_helix(0., 0.2, 0., 0., 0., 0.); 
    // ^ This helix is parallel to id_0

    ori.draw_strand(id_0, false, 0, 20, AUTO_COLOR);
    ori.draw_strand(id_0, true, 0, 20, AUTO_COLOR);
    ori.draw_strand(id_1, false, 0, 20, AUTO_COLOR);
    ori.draw_strand(id_1, true, 0, 20, AUTO_COLOR);

    ori.make_jump(ori.get_nucl(id_0, 11, false), ori.get_nucl(id_1, 11, false));
    ori.finish();
}

示例

双重交叉

use codenano::*;


pub fn main() {
    let colors: Vec<u32> =vec![0x1f1f1f, 0xf81118,0xecba0f,0x2a84d2,
                               0x4e5ab7, 0xd6dbe5, 0x1dd361, 0x0f7ddb];


    let mut ori = Nanostructure::new();
    let id_0 = ori.add_grid_helix(0, 0);
    let id_1 = ori.add_grid_helix(1, 0);

    ori.draw_strand(id_0, false, 0, 20, colors[6]);
    ori.draw_strand(id_0, true, 0, 20, colors[1]);
    ori.draw_strand(id_1, false, 0, 20, colors[2]);
    ori.draw_strand(id_1, true, 0, 20, colors[3]);

    ori.make_jump(ori.get_nucl(id_1, 11, false), ori.get_nucl(id_0, 11, true));
    ori.make_jump(ori.get_nucl(id_0, 12, true), ori.get_nucl(id_1, 12, false));


    ori.finish();
}

单链瓷砖

use codenano::*;

const tile_length:isize = 11; 



static mut colornum:usize = 0;

pub fn add_sst(ori: &mut Nanostructure, helix_id: usize, helix_pos: isize) {
        let colors: Vec<u32> =vec![0x1f1f1f, 0xf81118,0xecba0f,0x2a84d2,
                                   0x4e5ab7, 0xd6dbe5, 0x1dd361, 0x0f7ddb];
        let mut color = 0;
        unsafe {
        color = colors[ (1 * colornum) % colors.len()];
        colornum += 1; }
        ori.draw_strand(helix_id, false, helix_pos, helix_pos + tile_length, color);
        ori.draw_strand(helix_id + 1, true, helix_pos + tile_length, helix_pos, color);
        ori.make_jump(ori.get_nucl(helix_id, helix_pos +tile_length, false),
                      ori.get_nucl(helix_id + 1, helix_pos + tile_length, true));
}


pub fn main() {

    let mut ori = Nanostructure::new();
    let id_0 = ori.add_grid_helix(0, 0);
    let id_1 = ori.add_grid_helix(1, 0);
    let id_2 = ori.add_grid_helix(2, 0);
    let id_3 = ori.add_grid_helix(3, 0);
    let id_4 = ori.add_grid_helix(4, 0);
    let id_5 = ori.add_grid_helix(5, 0);
    let id_6 = ori.add_grid_helix(6, 0);

    for i in 0isize..5 {
        for j in 0usize..3 {
            add_sst(&mut ori, j * 2, i * tile_length + i);
            add_sst(&mut ori, j * 2 + 1, i * tile_length + i + tile_length/2);
        }
    }
    ori.finish();
}

高级用户功能

更改常量

有两个常量可以更改。第一个是每转的碱基对数,第二个是两个反向对之间的角度。

默认情况下,每转的碱基对数是10.4,两个反向对之间的角度是220度(而不是180度,这就是为什么有主/次沟槽)。要更改这些,必须创建一个DNAConst对象,修改其值,并将其作为Nanostructure对象构造函数的参数传递。

use codenano::*;


pub fn main() {

    let mut cst = DNAConst::default();
    cst.set_bpp(10.7); // number of base pair per turn
    cst.set_groove(3.14); // pi angle => no minor/major groove
    let mut ori = Nanostructure::with_constant(cst);
    let id_0 = ori.add_grid_helix(0, 0);
    let id_1 = ori.add_grid_helix(1, 0);

    ori.draw_strand(id_0, false, 0, 20, AUTO_COLOR);
    ori.draw_strand(id_0, true, 0, 20, AUTO_COLOR);
    ori.draw_strand(id_1, false, 0, 20, AUTO_COLOR);
    ori.draw_strand(id_1, true, 0, 20, AUTO_COLOR);

    ori.make_jump(ori.get_nucl(id_1, 11, false), ori.get_nucl(id_0, 11, true));
    ori.make_jump(ori.get_nucl(id_0, 12, true), ori.get_nucl(id_1, 12, false));


    ori.finish();
}

许可

Codenano在MIT许可和Apache许可(版本2.0)的条款下分发

依赖项

~21–31MB
~519K SLoC