Computational DNA Droplets Recognizing miRNA Sequence Inputs Based on Liquid–Liquid Phase Separation

DNA DNA测序 微流控 材料科学 纳米技术 DNA纳米技术 小RNA A-DNA 生物系统 连接器 计算生物学 生物物理学 计算机科学 生物 基因 遗传学 操作系统
作者
Jing Gong,Nozomi Tsumura,Yusuke Sato,Masahiro Takinoue
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (37) 被引量:82
标识
DOI:10.1002/adfm.202202322
摘要

Abstract Phase‐separated biomolecular droplets are formed in cells to regulate various biological processes. This phenomenon can be applied to constructing self‐assembled dynamic molecular systems such as artificial cells and molecular robots. Recently, programmable phase‐separated droplets called DNA droplets have been reported as a possible method to construct such dynamic molecular systems. This study reports a computational DNA droplet that can recognize a specific combination of tumor biomarker microRNAs (miRNAs) as molecular inputs and output a DNA logic computing result by physical DNA droplet phase separation. A mixed DNA droplet consisting of three DNA nanostructures with orthogonal sticky‐end sequences and two linker DNAs to cross‐bridge the orthogonal DNA nanostructures is proposed. By the hybridization of miRNAs with the linkers, the cross‐bridging ability is lost, causing the phase‐separation of the mixed DNA droplet into three DNA droplets, resulting in executing a miRNA pattern recognition described by a logical expression ((miRNA‐1 ∧ miRNA‐2) ∧ (miRNA‐3 ∧ ¬miRNA‐4)). This experimentally demonstrates that the computational DNA droplets recognize the above specific pattern of chemically synthesized miRNA sequences as a model experiment. In the future, this method will provide potential applications such as diagnosis and therapy with integration to biomolecular robots and artificial cells.
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