Genetic circuit design automation

自动化 计算机科学 工程类 机械工程
作者
Alec A. K. Nielsen,Bryan S. Der,Jonghyeon Shin,Prashant Vaidyanathan,Vanya Paralanov,Elizabeth A. Strychalski,David Ross,Douglas Densmore,Christopher A. Voigt
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:352 (6281): aac7341-aac7341 被引量:1075
标识
DOI:10.1126/science.aac7341
摘要

Computation can be performed in living cells by DNA-encoded circuits that process sensory information and control biological functions. Their construction is time-intensive, requiring manual part assembly and balancing of regulator expression. We describe a design environment, Cello, in which a user writes Verilog code that is automatically transformed into a DNA sequence. Algorithms build a circuit diagram, assign and connect gates, and simulate performance. Reliable circuit design requires the insulation of gates from genetic context, so that they function identically when used in different circuits. We used Cello to design 60 circuits forEscherichia coli(880,000 base pairs of DNA), for which each DNA sequence was built as predicted by the software with no additional tuning. Of these, 45 circuits performed correctly in every output state (up to 10 regulators and 55 parts), and across all circuits 92% of the output states functioned as predicted. Design automation simplifies the incorporation of genetic circuits into biotechnology projects that require decision-making, control, sensing, or spatial organization.
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