Repeated Reuse of Deoxyribozyme-Based Logic Gates

脱氧核酶 寡核苷酸 重新使用 计算机科学 荧光团 基质(水族馆) 逻辑门 组合化学 化学 纳米技术 计算机硬件 荧光 DNA 材料科学 生物化学 生物 算法 物理 量子力学 生态学
作者
Bradley I. Harding,Nina M. Pollak,Darko Stefanović,Joanne Macdonald
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:19 (11): 7655-7661 被引量:21
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.9b02326
摘要

Deoxyribozymes (DNAzymes) have demonstrated a significant capacity for biocomputing and hold promise for information processing within advanced biological devices if several key capabilities are developed. One required capability is reuse-having DNAzyme logic gates be cyclically, and controllably, activated and deactivated. We designed an oligonucleotide-based system for DNAzyme reuse that could (1) remove previously bound inputs by addition of complementary oligonucleotides via toe-hold mediated binding and (2) diminish output signal through the addition of quencher-labeled oligonucleotides complementary to the fluorophore-bound substrate. Our system demonstrated, for the first time, the ability for DNAzymes to have their activity toggled, with activity returning to 90-125% of original activity. This toggling could be performed multiple times with control being exerted over when the toggling occurs, with three clear cycles observed before the variability in activity became too great. Our data also demonstrated that fluorescent output of the DNAzyme activity could be actively removed and regenerated. This reuse system can increase the efficiency of DNAzyme-based logic circuits by reducing the number of redundant oligonucleotides and is critical for future development of reusable biodevices controlled by logical operations.
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