Şekiller 1, 2, 3, 4, 6, 8 ve Tablolar 2, 3, 10, 15, 16 Ref 29 modifiye edilmiştir. Bu çalışma, Ulusal Bilim Vakfı tarafından desteklenmiştir (NSF-CCF 1117143 ve GS NSF-CCF 1162141 hibe). Y.-JC Tayvanlı hükümet Bursu ile desteklenmiştir. SDR Ulusal Bilim Vakfı Lisansüstü Araştırma Bursu Programı (GRFP) tarafından desteklenmiştir.

<ol>
	<li>Zhang, D. Y., Seelig, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+DNA+nanotechnology+using+strand-displacement+reactions.">Dynamic DNA nanotechnology using strand-displacement reactions.</a> Nat. Chem. 3, 103-113 (2011).</li><li>Krishnan, Y., Simmel, F. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nucleic+acid+based+molecular+devices.">Nucleic acid based molecular devices.</a> Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 50, 3124-3156 (2011).</li><li>Zhang, D. Y., Winfree, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Control+of+DNA+strand+displacement+kinetics+using+toehold+exchange.">Control of DNA strand displacement kinetics using toehold exchange.</a> J. Am. Chem. Soc. 131, 17303-17314 (2009).</li><li>Qian, L., Winfree, E., Bruck, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+network+computation+with+DNA+strand+displacement+cascades.">Neural network computation with DNA strand displacement cascades.</a> Nature. 475, 368-372 (2011).</li><li>Qian, L., Winfree, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scaling+up+digital+circuit+computation+with+DNA+strand+displacement+cascades.">Scaling up digital circuit computation with DNA strand displacement cascades.</a> Science. 332, 1196-1201 (2011).</li><li>Zadegan, R. M., Jepsen, M. D., Hildebrandt, L. L., Birkedal, V., Kjems, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Construction+of+a+fuzzy+and+boolean+logic+gates+based+on+DNA.">Construction of a fuzzy and boolean logic gates based on DNA.</a> Small. 11, 1811-1817 (2015).</li><li>Seelig, G., Soloveichik, D., Zhang, D. Y., Winfree, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enzyme-free+nucleic+acid+logic+circuits.">Enzyme-free nucleic acid logic circuits.</a> Science. 314, 1585-1588 (2006).</li><li>Zadegan, R. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Construction+of+a+4+zeptoliters+switchable+3D+DNA+box+origami.">Construction of a 4 zeptoliters switchable 3D DNA box origami.</a> ACS Nano. 6, 10050-10053 (2012).</li><li>Andersen, E. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-assembly+of+a+nanoscale+DNA+box+with+a+controllable+lid.">Self-assembly of a nanoscale DNA box with a controllable lid.</a> Nature. 459, 73-76 (2009).</li><li>Zhang, D. Y., Hariadi, R. F., Choi, H. M., Winfree, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integrating+DNA+strand-displacement+circuitry+with+DNA+tile+self-assembly.">Integrating DNA strand-displacement circuitry with DNA tile self-assembly.</a> Nat. Commun. 4, (1965).</li><li>Yurke, B., Turberfield, A. J., Mills, A. P., Simmel, F. C., Neumann, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+DNA-fuelled+molecular+machine+made+of+DNA.">A DNA-fuelled molecular machine made of DNA.</a> Nature. 406, 605-608 (2000).</li><li>Green, S. J., Lubrich, D., Turberfield, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=DNA+hairpins:+fuel+for+autonomous+DNA+devices.">DNA hairpins: fuel for autonomous DNA devices.</a> Biophys. J. 91, 2966-2975 (2006).</li><li>Venkataraman, S., Dirks, R. M., Rothemund, P. W., Winfree, E., Pierce, N. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+autonomous+polymerization+motor+powered+by+DNA+hybridization.">An autonomous polymerization motor powered by DNA hybridization.</a> Nat. Nanotechnol. 2, 490-494 (2007).</li><li>Green, S. J., Bath, J., Turberfield, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coordinated+chemomechanical+cycles:+a+mechanism+for+autonomous+molecular+motion.">Coordinated chemomechanical cycles: a mechanism for autonomous molecular motion.</a> Phys. Rev. Lett. 101, 238101 (2008).</li><li>Omabegho, T., Sha, R., Seeman, N. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+bipedal+DNA+Brownian+motor+with+coordinated+legs.">A bipedal DNA Brownian motor with coordinated legs.</a> Science. 324, 67-71 (2009).</li><li>Turberfield, A. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=DNA+fuel+for+free-running+nanomachines.">DNA fuel for free-running nanomachines.</a> Phys. Rev. Lett. 90, 118102 (2003).</li><li>Dirks, R. M., Pierce, N. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Triggered+amplification+by+hybridization+chain+reaction.">Triggered amplification by hybridization chain reaction.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 101, 15275-15278 (2004).</li><li>Seelig, G., Yurke, B., Winfree, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Catalyzed+relaxation+of+a+metastable+DNA+fuel.">Catalyzed relaxation of a metastable DNA fuel.</a> J. Am. Chem. Soc. 128, 12211-12220 (2006).</li><li>Zhang, D. Y., Turberfield, A. J., Yurke, B., Winfree, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineering+entropy-driven+reactions+and+networks+catalyzed+by+DNA.">Engineering entropy-driven reactions and networks catalyzed by DNA.</a> Science. 318, 1121-1125 (2007).</li><li>Yin, P., Choi, H. M., Calvert, C. R., Pierce, N. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Programming+biomolecular+self-assembly+pathways.">Programming biomolecular self-assembly pathways.</a> Nature. 451, 318-322 (2008).</li><li>Chen, X., Briggs, N., McLain, J. R., Ellington, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stacking+nonenzymatic+circuits+for+high+signal+gain.">Stacking nonenzymatic circuits for high signal gain.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 110, 5386-5391 (2013).</li><li>Phillips, A., Cardelli, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+programming+language+for+composable+DNA+circuits.">A programming language for composable DNA circuits.</a> J. R. Soc. Interface. 6, S419-S436 (2009).</li><li>Lakin, M. R., Youssef, S., Polo, F., Emmott, S., Phillips, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visual+DSD:+a+design+and+analysis+tool+for+DNA+strand+displacement+systems.">Visual DSD: a design and analysis tool for DNA strand displacement systems.</a> Bioinformatics. 27, 3211-3213 (2011).</li><li>Lakin, M. R., Youssef, S., Cardelli, L., Phillips, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Abstractions+for+DNA+circuit+design.">Abstractions for DNA circuit design.</a> J. R. Soc. Interface. 9, 470-486 (2012).</li><li>Zhang, D. Y., Winfree, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Robustness+and+modularity+properties+of+a+non-covalent+DNA+catalytic+reaction.">Robustness and modularity properties of a non-covalent DNA catalytic reaction.</a> Nucleic Acids Res. 38, 4182-4197 (2010).</li><li>Ducani, C., Kaul, C., Moche, M., Shih, W. M., Hogberg, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enzymatic+production+of+'monoclonal+stoichiometric'+single-stranded+DNA+oligonucleotides.">Enzymatic production of 'monoclonal stoichiometric' single-stranded DNA oligonucleotides.</a> Nat. Methods. 10, 647-652 (2013).</li><li>Lin, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+cloning+of+artificial+DNA+nanostructures.">In vivo cloning of artificial DNA nanostructures.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 105, 17626-17631 (2008).</li><li>Bhatia, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Icosahedral+DNA+nanocapsules+by+modular+assembly.">Icosahedral DNA nanocapsules by modular assembly.</a> Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 48, 4134-4137 (2009).</li><li>Chen, Y. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Programmable+chemical+controllers+made+from+DNA.">Programmable chemical controllers made from DNA.</a> Nat. Nanotechnol. 8, 755-762 (2013).</li><li>Arkin, A., Ross, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Computational+functions+in+biochemical+reaction+networks.">Computational functions in biochemical reaction networks.</a> Biophys. J. 67, 560-578 (1994).</li><li>&#201;rdi, P., T&#243;th, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Mathematical models of chemical reactions: theory and applications of deterministic and stochastic models. , (1989).</li><li>Magnasco, M. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemical+kinetics+is+Turing+universal.">Chemical kinetics is Turing universal.</a> Phys. Rev. Lett. 78, 1190 (1997).</li><li>Oishi, K., Klavins, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomolecular+implementation+of+linear+I/O+systems.">Biomolecular implementation of linear I/O systems.</a> IET Syst. Biol. 5, 252-260 (2011).</li><li>Senum, P., Riedel, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rate-independent+constructs+for+chemical+computation.">Rate-independent constructs for chemical computation.</a> PLoS One. 6, (2011).</li><li>Soloveichik, D., Cook, M., Winfree, E., Bruck, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Computation+with+finite+stochastic+chemical+reaction+networks.">Computation with finite stochastic chemical reaction networks.</a> Natural Computing. 7, 615-633 (2008).</li><li>Soloveichik, D., Seelig, G., Winfree, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=DNA+as+a+universal+substrate+for+chemical+kinetics.">DNA as a universal substrate for chemical kinetics.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 107, 5393-5398 (2010).</li><li>Tyson, J. J., Chen, K. C., Novak, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sniffers,+buzzers,+toggles+and+blinkers:+dynamics+of+regulatory+and+signaling+pathways+in+the+cell.">Sniffers, buzzers, toggles and blinkers: dynamics of regulatory and signaling pathways in the cell.</a> Curr. Opin. Cell. Biol. 15, 221-231 (2003).</li><li>Cardelli, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-domain+DNA+strand+displacement.">Two-domain DNA strand displacement.</a> Math. Struct. Comput. Sci. 23, 247-271 (2013).</li><li>Angluin, D., Aspnes, J., Eisenstat, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+simple+population+protocol+for+fast+robust+approximate+majority.">A simple population protocol for fast robust approximate majority.</a> Distrib. Comput. 21, 87-102 (2008).</li><li>Cardelli, L., Csikasz-Nagy, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+cell+cycle+switch+computes+approximate+majority.">The cell cycle switch computes approximate majority.</a> Sci. Rep. 2, 656 (2012).</li><li>Zadeh, J. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=NUPACK:+Analysis+and+design+of+nucleic+acid+systems.">NUPACK: Analysis and design of nucleic acid systems.</a> J. Comput. Chem. 32, 170-173 (2011).</li><li>Lee, P. Y., Costumbrado, J., Hsu, C. Y., Kim, Y. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Agarose+gel+electrophoresis+for+the+separation+of+DNA+fragments.">Agarose gel electrophoresis for the separation of DNA fragments.</a> J. Vis. Exp. , (2012).</li><li>Gibson, D. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enzymatic+assembly+of+DNA+molecules+up+to+several+hundred+kilobases.">Enzymatic assembly of DNA molecules up to several hundred kilobases.</a> Nat. Methods. 6, 343-345 (2009).</li><li>Froger, A., Hall, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transformation+of+plasmid+DNA+into+E.+coli+using+the+heat+shock+method.">Transformation of plasmid DNA into E. coli using the heat shock method.</a> J. Vis. Exp. , e253 (2007).</li><li>Lessard, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transformation+of+E.+coli+via+electroporation.">Transformation of E. coli via electroporation.</a> Methods Enzymol. 529, 321-327 (2013).</li><li>Nasri, M., Thomas, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Alteration+of+the+specificity+of+PvuII+restriction+endonuclease.">Alteration of the specificity of PvuII restriction endonuclease.</a> Nucleic Acids Res. 15, 7677-7687 (1987).</li><li>Dalchau, N., Seelig, G., Phillips, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Computational+design+of+reaction-diffusion+patterns+using+DNA-based+chemical+reaction+networks.">Computational design of reaction-diffusion patterns using DNA-based chemical reaction networks.</a> DNA Computing and Molecular Programming. , 84-99 (2014).</li><li>Scalise, D., Schulman, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Designing+modular+reaction-diffusion+programs+for+complex+pattern+formation.">Designing modular reaction-diffusion programs for complex pattern formation.</a> Technology. 2, 55-66 (2014).</li></ol>

The authors declare no competing financial interests.

Bu çalışma, yüksek derecede saf plazmid DNA&#39;sından ndsDNA kapıları çıkarmak için bir yöntem tarif eder. Ayrıca, bir protokol bir floresan kinetik analizi kullanılarak kapı performansını karakterize etmek için sunulmuştur. Deneysel veriler, sentetik sistemi poliakrilamid jel elektroforezi (PAGE) ile arıtılmış, şeritlerin monte bile plasmid türevli sistemi sentetik muadili daha iyi performans göstermektedir. Olasılıkla, plazmid kaynaklı kapılarının geliştirilmiş performans biyolojik DNA çok yüksek saflıkta öncelikle kaynaklanmaktadır. Sentetik DNA, tipik olarak bütünüyle PAGE ve yüksek performanslı sıvı kromatografisi (HPLC), saflaştırma prosedürleri kaldırılmaz uzunluğu n-1, ve bu tür yan ürünlerin oligonükleotidlerin neden, özellikle silme hataların çeşitli içerir. Burada bildirilenlere benzer gelişmeler de biyolojik kaynaklardan elde edilen 21 DNA kullanılan katalize firkete yükseltecinin bir önceki çalışmada tespit edilmiştir. <p class = &quot;jove_content&quot;&gt; Ancak, plazmid kaynaklı kapılarının kullanımı bile tamamen en az iki nedeni vardır hangi kapı performans hataları, yok edemez: çok olan kapıları yol açabilir ilk aşırı sindirim ya da kesilmiş hassasiyet eksikliği Yanlış pozisyonlarda çentik veya çentikler. Her iki durumda da, kapılar arzu edilmeyen reaksiyonlara katılma olasılığı daha yüksektir. Bu tür sorunlar, kullanılan enzim miktarı (bakınız Şekil 4) optimize hafifletti edilebilir. İkinci olarak, bu deneylerde, en fazla giriş ve yardımcı şeritler sentetik DNA ve dolayısıyla silmeler ve mutasyonlar ihtiva etmiştir. Prensip olarak, her tek sarmallı giriş ve yardımcı şeritler, ayrıca ön-kodlanmış m13 viral genomun 26 bir çentikleme enzimi sindirimi yoluyla fajemid DNA elde edilebilir. Belki de devresi performansı, bakteriyel genom türetilmiş ssDNA kullanılarak geliştirilebilir. Plasmid türevli kapılarının kullanımı devre performansını geliştirdiği bulunmuştur birlikte, bir analizmaliyet ve üretim koşulları kez ya plasmid türevli kapıların üretimi biraz daha ucuz (Tablo 15) ise, bu ticari olarak sentezlenir oligolar (Tablo 16) için montaj ve kapılar saflaştırılması göre işlem süresi 2-3 kat daha uzun sürer olduğunu ortaya koymuştur. Plasmid türevli kapılarının primer maliyetleri gen sentezi ve sınır enzimleri kullanımı vardır. (30 nM&#39;de 15 reaksiyonlar için yeterli) kapıları 300 pmol için kapıları Üyelik için tahmini maliyeti nedeniyle farklı nicklemek enzimlerin kullanımına yaklaşık 170 $ ve Çatal kapıları, varlık maliyet farkı 200 $ olduğunu. Buna karşılık, bir SAYFA arıtma ücreti dahil 260 $ civarında, aynı kapı masrafları için şeritlerin kimyasal sentez. Plazmid kaynaklı kapıları için birincil saat maliyeti sadece DNA sentezi gibi, bir gen sentezi şirkete taşeron olabilir, klonlama prosedürü yer almaktadır. Bununla birlikte, bir kez monte plasmid türevli kapıları konakçı plasmidler kolayca çoğaltılabilir avantajınd bakteriyel gliserol stokları halinde saklanabilir. Bu mümkün üzerinde Gates birçok kez yeniden yapar. İleriye yönelik olarak, plazmid kaynaklı kapılarının iyileştirilmiş performans deneysel kadar DNA CRNs ile ortaya konmuştur daha dinamik davranışları çok daha büyük bir yelpazede sağlayabilir. Örneğin, son teorik çalışma 47,48 makro ölçekte kendi kendine organize mekansal desen bir reaksiyon difüzyon mekanizması aracılığıyla DNA CRNs ile gerçekleştirilebilir önerdi. Burada sunulan yöntem, öz-desenlendirme DNA malzemeler için altta yatan moleküler bileşenleri oluşturmak için uygun bir yol sağlar. Zorlu olsa da, programlanabilir bir şekilde makro ölçekli morfolojileri gelişmekte biyomalzemeler araştırma rejeneratif tıp kadar alanlarda önemli etkileri olacaktır.

Watson-Crick baz eşleşmesi öngörülebilirliği dinamik DNA nanoteknoloji dinamik özelliklerinin 1,2 ile moleküler cihazlar tasarlamak için programlanabilir bir yolu olarak ortaya sağladı. Özellikle, DNA zinciri değiştirme - programlanabilir, rekabetçi melezleme tepki - Dinamik DNA sistemleri mühendisliği için güçlü bir mekanizma olduğunu kanıtlamıştır. Bir DNA sarmal yer değiştirme reaksiyonunda, gelen bir oligonükleotid, bir tamamlayıcı bağlama ortağı ile ilgili daha önce bağlanmış &quot;Çıkış&quot; strand değiştirir. Birden tür reaksiyonlar düzen ve bireysel tepki zamanlaması 3. adımları üzerinde kontrol yüksek derecede çok adımlı reaksiyon kaskadları halinde bir araya zincirleme olabilir. DNA zincir değiştirme kaskadları dijital ve analog devreler moleküler 4-7, değiştirilebilir nano 8-10, özerk moleküler motorlar 11-15 ve non-kovalent katalitik yükselticiler 13,16-21 oluşturmak için kullanılmıştır. Ayrıca, DŞerit değiştirme reaksiyonları kullanılarak NA cihazlar simüle ve bilgisayar destekli tasarım yazılımı kullanılarak 22-24 farklı uygulamalar için dizayn edilebilir. Şu anda, kimyasal olarak sentezlenmiş DNA, DNA nanoteknoloji ana malzeme olarak işlev görür. Bununla birlikte, DNA sentezi işleminde hatalar ve elde edilen kusurlu oligonükleotitler, yanlış bir yan reaksiyonların neden olarak, dinamik bir DNA cihazların performansı sınırladığına inanılır. Örneğin, &quot;kaçak&quot; reaksiyonlar, hatta bir reaksiyon tetikleyici yokluğunda bir çıkış oligonükleotidin serbest bırakılması ile sonuçlanabilir. Bu etkiler ilk sızıntı bile az miktarda sonunda çağlayan 19,20 tam aktivasyonuna neden olur otokatalitik tepki kaskadları en ortada. Tersine, tepkiler genellikle bazı bileşenler bile amaçlanan giriş 7,25 varlığında tetiklemek çünkü aktivasyon beklenen seviyeye ulaşmak için başarısız. Performansını yapmak için DNA temellibiyolojik protein bazlı muadillerine karşılaştırılabilir nanoaygıtlar, böyle bir hata modları önemli ölçüde azalır gerekmektedir. Bakteriyel plazmidler veya diğer biyolojik DNA nanoteknoloji uygulamaları için, son derece saf bir DNA nispeten ucuz kaynağı olarak hizmet edebilir. DNA&#39;nın büyük miktarlarda bakteri de kopyalama ile üretilmiş olabilir ve canlı sistemlerin içsel düzeltme okuması özellikler elde edilen DNA saflığı sağlamak. Aslında, birçok yeni belgeler nanoteknoloji uygulamaları 21,26-28 biyolojik DNA potansiyel yarar tanıdı. Bununla birlikte, plasmid DNA, tam çift sarmal yapısı şimdiye kadar, tipik olarak çok sayıda oligonükleotitlerin oluşur ve Çift dallı ve tek dallı domeynini içeren dinamik bir DNA aygıtları yapmak için bir malzeme olarak kullanımı yasaklamıştır. Son kağıdı 29 bu konu ele alındı ​​ve öncelikle çentikli çift iplikli DNA (ndsDNA) oluşan yeni bir DNA kapı mimarisinde tanıtmak oldud. Önemlisi, ndsDNA kapıları sistemleri herhangi bir resmi kimyasal reaksiyon ağı (CRN) 29 tarafından belirlenen dinamikleri fark etmesi dizayn edilebilir. ndsDNA kapıları böylece salınımları ve kaos, İki sabit ve hafıza, Boole mantığı veya algoritmik davranışlar sergilemek 30-38 dinamik sistemler oluşturmak için prensipte kullanılabilir. Örneğin, Ref. 29, bir &quot;konsensüs&quot; protokol bir molekül uygulanması, dağıtık bilgisayar algoritması 29,39,40 bir tür mesafede üç Reaksiyon CRN gösterdi. Bu çalışma ilk olarak hızla fonksiyonel moleküler sistemleri (Şekil 1A) sentezlemek için bir &quot;programlama dili&quot; olarak CRN biçimcilik için yeni bir kullanım göstermiştir. Burada, plasmid DNA ndsDNA kapıları türetmek için detaylı bir protokol verilmektedir. İlk dizi tasarım sürecinin bir yorum olduğunu. Daha sonra içeren ne kadar, sentetik oligonükleotidlerin bir açıklama aşağıdaKapı dizileri plasmidler klonlanır ve sekansı doğrulanır ve bakteri kültürü ile amplifiye edilmiştir. NdsDNA kapılar, enzimatik işlemle plazmidlerden türetilebilir kadar Daha sonra, gösterilir (bakınız Şekil 2). Son olarak, flüoresan kinetik analizleri kullanılarak kapı davranışı test etmek için bir yöntem, ana hatlarıyla verilmiştir. Reaksiyon mekanizması Bir örnek olarak, iletişim kuralı, katalitik kimyasal reaksiyon A + B-&gt; B + C yöneliktir. Türleri A, B, ve C (&quot;sinyalleri&quot;, Şekil 1B) her biri farklı bir tek sarmallı bir DNA molekülüne karşılık gelir. Bu moleküllerin dizileri tamamen bağımsızdır ve şeritler birbirleriyle doğrudan reaksiyona girmeyen. Tüm sinyaller sekansları, yani, iki farklı fonksiyonel alanları, sarmal yer değiştirme reaksiyonlarında birlikte hareket dizilerine sahiptir: 1) kısa bir toehold alanı (etiketler sarmal yer değiştirme r başlatılması için kullanılır, tb, tc) taeaction ve 2) uzun bir etki (a, b, c) sinyal kimliğini belirleyen etiketler. Sinyal teller arasındaki etkileşimler tırtıklı çift iplikli DNA (ndsDNA) kapı kompleksleriyle ve yardımcı tek sarmallı türler (&lt;tr r&gt;, &lt;tb c&gt; ve &lt;tr b&gt; &lt;i tc (denilen AB ve Çatal BC Katıl) aracılık &gt;). + B-&gt; B + C formal Reaksiyon bir biçimde her bir reaksiyon aşaması, bir sonraki reaksiyon (Şekil 1B) bir toehold ortaya sarmal yer değiştirme reaksiyon aşamalarının, bir dizi yürütülür. Sinyal Cı çatal geçidine bağlıdır Bu örnekte, A ve B sinyalleri ilk solüsyonda serbest olan. Reaksiyon B ve C sonunda çözelti içinde bulunmaktadır. Daha genel olarak, bir kapı bağlı olan sinyaller solüsyonda serbest olan sinyaller etkin iken, yani, bir sarmal yer değiştirme reaksiyonu olarak katılabilir inaktiftirBir giriş. Reaksiyon süresi programı bir flüoresan raportör stratejisi (Şekil 1C) ile takip edilir. Önceki çalışmaları 29, bu reaksiyon mekanizmaları doğru stoikiometriyi yanı sıra hedef reaksiyon kinetiklerini fark sadece bu gösterilmiştir.

<table border="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Phusion High-Fidelity PCR Master Mix with HF Buffer</td>
			<td>NEB</td>
			<td>M0531S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PvuII-HF</td>
			<td>NEB</td>
			<td>R3151L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PstI-HF</td>
			<td>NEB</td>
			<td>R3140S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gibson Assembly Master Mix</td>
			<td>NEB</td>
			<td>E2611S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Terrific Broth, Modified</td>
			<td>SIGMA-ALDRICH</td>
			<td>T0918-250G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>QIAprep Spin Miniprep Kit (250)</td>
			<td>QIAGEN</td>
			<td>27106</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>QIAGEN Hispeed Maxi-prep Kit</td>
			<td>QIAGEN</td>
			<td>12662</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nb.BsrDI</td>
			<td>NEB</td>
			<td>R0648L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nt.BstNBI</td>
			<td>NEB</td>
			<td>R0607L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NanoDrop 2000c</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Double-stranded Genomic Blocks</td>
			<td>IDT</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Horiba Jobin-Yvon Spex Fluorolog-3 Fluorimeter</td>
			<td>Horiba/Jobin Yvon</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Synthetic Quartz Cells&#160;</td>
			<td>Starna</td>
			<td>23-5.45-S0G-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>QIAGEN Gel Extraction Kit</td>
			<td>QIAGEN</td>
			<td>28706</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plasmid Backbones</td>
			<td>BioBrick</td>
			<td>E0240-pSB1A2</td>
			<td>High copy number plasmid with Ampicillin resistance. Sequence can be found from http://parts.igem.org</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

plasmid-derived dna strand displacement gates for implementing chemical reaction networks

DNA nanotechnology requires large amounts of highly pure DNA as an engineering material. Plasmid DNA could meet this need since it is replicated with high fidelity, is readily amplified through bacterial culture and can be stored indefinitely in the form of bacterial glycerol stocks. However, the double-stranded nature of plasmid DNA has so far hindered its efficient use for construction of DNA nanostructures or devices that typically contain single-stranded or branched domains. In recent work, it was found that nicked double stranded DNA (ndsDNA) strand displacement gates could be sourced from plasmid DNA. The following is a protocol that details how these ndsDNA gates can be efficiently encoded in plasmids and can be derived from the plasmids through a small number of enzymatic processing steps. Also given is a protocol for testing ndsDNA gates using fluorescence kinetics measurements. NdsDNA gates can be used to implement arbitrary chemical reaction networks (CRNs) and thus provide a pathway towards the use of the CRN formalism as a prescriptive molecular programming language. To demonstrate this technology, a multi-step reaction cascade with catalytic kinetics is constructed. Further it is shown that plasmid-derived components perform better than identical components assembled from synthetic DNA.

Watch this Scientific Journal Video about Plasmid-derived DNA Strand Displacement Gates for Implementing Chemical Reaction Networks at JoVE.com

Plasmid-derived DNA Strand Displacement Gates for Implementing Chemical Reaction Networks

This protocol describes a method for deriving DNA strand displacement gates from plasmids and testing them using fluorescence kinetics measurements. Gates can be modularly composed into multi-component systems to approximate the behavior of formal chemical reaction networks (CRN), demonstrating a new use for CRNs as a molecular programming language.

Plazmid kökenli Uygulama Kimyasal Reaksiyon Ağları için DNA Strand Deplasman kapıları

DNA nanotechnology requires large amounts of highly pure DNA as an engineering material. Plasmid DNA could meet this need since it is replicated with high ...

plasmid-derived-dna-strand-displacement-gates-for-implementing

Research

JoVE Journal

Biology

14.0K Görüntüleme.  University of Washington. This protocol describes a method for deriving DNA strand displacement gates from plasmids and testing them using fluorescence kinetics measurements. Gates can be modularly composed into multi-component systems to approximate the behavior of formal chemical reaction networks (CRN), demonstrating a new use for CRNs as a molecular programming language. 