一种CHO细胞外源基因表达预测筛选方法及系统与流程

本发明提出了一种cho细胞外源基因表达预测筛选方法及系统，涉及预测筛选，具体涉及cho细胞外源基因表达预测筛选。

背景技术：

1、中国仓鼠卵巢（cho）细胞是治疗性重组蛋白生产的主要宿主，全球超过70%的生物药由cho细胞生产。然而，cho细胞株的快速筛选与高产预测已成为生物工艺开发的核心瓶颈。传统筛选流程需6-8周，劳动密集、通量低，且早期高产克隆在放大培养中产量常下降30%-70%，导致大量前期工作浪费。

2、为缩短周期或提高预测准确性，现有技术主要包括四类：一是基于外源基因拷贝数与整合位点的方法，但拷贝数与产量线性相关性差（r2通常<0.5），高拷贝反而可能引起转录抑制；二是基于单个或少数标志基因表达量的方法，但单个基因表达变化噪音大、相关性不一致；三是基于代谢通量分析的方法，需昂贵同位素标记且不适于高通量筛选；四是基于组学数据机器学习预测的方法，存在黑箱性质、泛化能力差且仍需长期培养获得标签数据。现有技术的共同缺陷在于忽略细胞整体转录调控秩序的动态演变，无法量化代谢负担或秩序与负担平衡，缺乏可早期预测的动力学参数，无法区分驱动与制动因素。

技术实现思路

1、本发明提供了一种cho细胞外源基因表达预测筛选方法及系统，用以解决上述问题：

2、本发明提出的一种cho细胞外源基因表达预测筛选方法及系统，所述方法包括：

3、s1、通过转录组数据定位稳定墙，划分核心区与外围区，计算秩序参数并提取驱动与制动基因集，获得动态秩序参数序列及驱动制动基因表达谱；

4、s2、通过动态秩序参数序列及驱动制动基因表达谱，对状态依赖随机常微分方程进行非线性拟合，估计驱动强度指数与制动强度指数并计算能效比，获得关键动力学特征参数；

5、s3、通过关键动力学特征参数结合外源基因早期表达量，对预测模型进行特征代入与计算，获得外源蛋白预测产量；

6、s4、通过外源蛋白预测产量与阈值比较，筛选高产克隆进入工艺开发，并根据能效比或秩序参数平台期的异常变化对培养条件进行预警或优化，获得最优工艺参数。

7、进一步地，所述系统包括：

8、参数表达谱获取模块，用于通过转录组数据定位稳定墙，划分核心区与外围区，计算秩序参数并提取驱动与制动基因集，获得动态秩序参数序列及驱动制动基因表达谱；

9、动力学特征获取模块，用于通过动态秩序参数序列及驱动制动基因表达谱，对状态依赖随机常微分方程进行非线性拟合，估计驱动强度指数与制动强度指数并计算能效比，获得关键动力学特征参数；

10、产量预测模块，用于通过关键动力学特征参数结合外源基因早期表达量，对预测模型进行特征代入与计算，获得外源蛋白预测产量；

11、工艺优化模块，用于通过外源蛋白预测产量与阈值比较，筛选高产克隆进入工艺开发，并根据能效比或秩序参数平台期的异常变化对培养条件进行预警或优化，获得最优工艺参数。

12、本发明有益效果：本方法解决了现有技术无法在培养早期准确预测外源蛋白最终产量的技术问题，克服了传统筛选流程中早期高产克隆在放大培养后产量显著下降的缺陷。实现了对细胞整体转录调控秩序动态演变的量化捕捉，能够区分促进表达的驱动因素和限制表达的制动因素，并揭示两者之间的非线性平衡关系。相较于依赖拷贝数、单个标志基因或代谢通量的现有方法，本发明大幅缩短了克隆筛选周期，显著提高了早期预测的准确性，降低了因后期产量衰退导致的无效工作量和资源浪费。

1.一种cho细胞外源基因表达预测筛选方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述一种cho细胞外源基因表达预测筛选方法，其特征在于，所述s1包括：

3.根据权利要求2所述一种cho细胞外源基因表达预测筛选方法，其特征在于，所述通过分段线性回归对散点图进行拟合，定位稳定墙的边界位置，将表达量高于边界且变异系数低于拟合残差阈值的基因划分至核心区，其余基因划分至外围区，包括：

4.根据权利要求1所述一种cho细胞外源基因表达预测筛选方法，其特征在于，所述s2包括：

5.根据权利要求4所述一种cho细胞外源基因表达预测筛选方法，其特征在于，所述通过非线性最小二乘或微分进化算法对状态依赖随机常微分方程进行参数拟合，获得拟合结果，包括：

6.根据权利要求1所述一种cho细胞外源基因表达预测筛选方法，其特征在于，所述s3包括：

7.根据权利要求6所述一种cho细胞外源基因表达预测筛选方法，其特征在于，所述将多个特征组成输入向量并代入预先训练好的预测模型中，并已在已知产量的克隆数据集上完成参数学习，通过模型前向计算将输入向量映射为终产量估计值，获得每个候选克隆的外源蛋白预测产量，包括：

8.根据权利要求1所述一种cho细胞外源基因表达预测筛选方法，其特征在于，所述s4包括：

9.根据权利要求8所述一种cho细胞外源基因表达预测筛选方法，其特征在于，所述通过对比不同培养条件下的能效比和秩序参数平台期选择能效比落在合理区间内且平台期最长的条件作为最优工艺参数，获得高产克隆及对应的最优培养工艺参数，包括：

10.一种cho细胞外源基因表达预测筛选系统，其特征在于，所述系统包括：