Thermodynamics and kinetics guided probe design for uniformly sensitive and specific DNA hybridization without optimization

DNA 动力学 核酸热力学 反向 杂交探针 核酸 化学 计算生物学 生物 生物化学 物理 基序列 数学 几何学 量子力学
作者
Xin Chen,Na Liu,Liquan Liu,Wei Chen,Na Chen,Meng Lin,Jiaju Xu,Xing Zhou,Hongbo Wang,Meiping Zhao,Xianjin Xiao
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:10 (1) 被引量:38
标识
DOI:10.1038/s41467-019-12593-9
摘要

Abstract Sensitive and specific DNA hybridization is essential for nucleic acid chemistry. Competitive composition of probe and blocker has been the most adopted probe design for its relatively high sensitivity and specificity. However, the sensitivity and specificity were inversely correlated over the length and concentration of the blocker strand, making the optimization process cumbersome. Herein, we construct a theoretical model for competitive DNA hybridization, which disclose that both the thermodynamics and kinetics contribute to the inverse correlation. Guided by this, we invent the 4-way Strand Exchange LEd Competitive DNA Testing (SELECT) system, which breaks up the inverse correlation. Using SELECT, we identified 16 hot-pot mutations in human genome under uniform conditions, without optimization at all. The specificities were all above 140. As a demonstration of the clinical practicability, we develop probe systems that detect mutations in human genomic DNA extracted from ovarian cancer patients with a detection limit of 0.1%.
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