Engineering Entropy-Driven Reactions and Networks Catalyzed by DNA

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作者
David Y. Zhang,Andrew J. Turberfield,Bernard Yurke,Erik Winfree
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:318 (5853): 1121-1125 被引量:1251
标识
DOI:10.1126/science.1148532
摘要

Artificial biochemical circuits are likely to play as large a role in biological engineering as electrical circuits have played in the engineering of electromechanical devices. Toward that end, nucleic acids provide a designable substrate for the regulation of biochemical reactions. However, it has been difficult to incorporate signal amplification components. We introduce a design strategy that allows a specified input oligonucleotide to catalyze the release of a specified output oligonucleotide, which in turn can serve as a catalyst for other reactions. This reaction, which is driven forward by the configurational entropy of the released molecule, provides an amplifying circuit element that is simple, fast, modular, composable, and robust. We have constructed and characterized several circuits that amplify nucleic acid signals, including a feedforward cascade with quadratic kinetics and a positive feedback circuit with exponential growth kinetics.
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