Polymerase‐Based Signal Delay for Temporally Regulating DNA Involved Reactions, Programming Dynamic Molecular Systems, and Biomimetic Sensing

信号(编程语言) DNA 聚合酶 化学 纳米技术 生物物理学 计算机科学 细胞生物学 生物系统 材料科学 生物 生物化学 程序设计语言
作者
Rong Qiu,Yingnan Deng,Fangzhou Chen,Zhe Yin,Lingfei Hu,Xin Su,Dongsheng Zhou
出处
期刊:Small [Wiley]
标识
DOI:10.1002/smll.202400142
摘要

Abstract Complex temporal molecular signals play a pivotal role in the intricate biological pathways of living organisms, and cells exhibit the ability to transmit and receive information by intricately managing the temporal dynamics of their signaling molecules. Although biomimetic molecular networks are successfully engineered outside of cells, the capacity to precisely manipulate temporal behaviors remains limited. In this study, the catalysis activity of isothermal DNA polymerase (DNAP) through combined use of molecular dynamics simulation analysis and fluorescence assays is first characterized. DNAP‐driven delay in signal strand release ranged from 10 0 to 10 2 min, which is achieved through new strategies including the introduction of primer overhangs, utilization of inhibitory reagents, and alteration of DNA template lengths. The results provide a deeper insight into the underlying mechanisms of temporal control DNAP‐mediated primer extension and DNA strand displacement reactions. Then, the regulated DNAP catalysis reactions are applied in temporal modulation of downstream DNA‐involved reactions, the establishment of dynamic molecular signals, and the generation of barcodes for multiplexed detection of target genes. The utility of DNAP‐based signal delay as a dynamic DNA nanotechnology extends beyond theoretical concepts and achieves practical applications in the fields of cell‐free synthetic biology and bionic sensing.
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