DNA核酶侵入式切割双链的方法

专利2025-04-03  24


本发明涉及分子计算,特别提供了一种dna核酶侵入式切割双链的方法。


背景技术:

1、dna计算以dna分子作为主要的信息载体,通过一系列的生化反应实现信息处理,是一种不同于已有电子计算机的全新计算模式。并在新型计算机构造、纳米机器、分子智能、基因检测等多个领域得到了广泛的关注与研究。近年来,dna核酶由于具有高结合亲和力、优异的生物相容性和良好的灵敏度等特点,在纳米器件和生物传感器的设计中表现出巨大的潜力。

2、dna核酶切割dna分子技术是利用dna核酶对dna分子的特异性切割功能,dna核酶的保守域可以在金属离子的作用下,发生变构,形成催化核心,进而通过底物结合臂与dna单链结合形成双链dna分子,若底物经过rna修饰,还可以对结合的rna修饰底物进行特异性切割,之后dna核酶是释放出切割之后的dna片段。(liu,juewen,et al."acatalyticbeacon sensor for uranium with parts-per-trillion sensitivity and millionfoldselectivity."proceedings of the national academy of sciences 104.7(2007):2056-2061.)。简单来说,就是基于dna核酶的酶催化特点,利用dna核酶对rna修饰底物的切割,实现dna序列的编辑。

3、目前在dna核酶切割dna分子方法的设计中,所能切割的底物局限于单链dna或rna。而遗传信息大多储存在双链dna中,这就限制了dna核酶的应用场景;并且在不同的分子计算方法中,dna双链会随着方法的不同存在着各种各样的构型,也增加了设计dna核酶与dna双链反应方法的难度。所以,dna核酶本身难以切割dna双链和dna双链具有多种构型这两点事实,大大限制了dna核酶切割技术工具箱的拓展以及dna核酶切割技术在复杂问题求解中的应用。

4、综上,提供一种能够切割双链的新方法以拓宽dna核酶切割底物链的范围和调控立足点域是人们亟待解决的问题。


技术实现思路

1、本发明的目的是提出一种dna核酶侵入式切割双链的方法,以解决工业上催化甲烷脱氢芳构化因催化剂积碳而导致的催化效失活,频繁再生造成的生产成本过高等问题。

2、为了实现上述目的,本发明提供了dna核酶侵入式切割双链的方法,包括:

3、步骤1:设计目标dna双链复合物由“底物”链(x)、“在位”链(y)基于碱基互补配对原则相互结合而成;其“底物”链(x)上带有立足点域h、切割位点“tragg”和dna片段b、c、d;dna片段b、c、d及切割位点“tragg”作为“在位”链(y)的杂交结合域;dna片段b、c均隐藏在dna双链结构之中,立足点域h片段暴露在外;

4、步骤2:基于e6-type dna核酶,设计dna核酶链dz,dna核酶链dz上设有发卡结构,发卡茎部对应为dz上dna片段m及其互补dna片段m*,发卡环部对应dz上dna片段n;

5、步骤3:根据所述立足点域h和dna片段b的碱基排序,设计互补的dna序列,作为dna核酶一侧的底物结合臂;根据dna片段c,设计互补的dna序列,作为dna核酶另一侧的底物结合臂;

6、步骤4:将“底物”链(x)和“在位”链y退火杂交,得到目标dna双链复合物[x,y];

7、步骤5:加入dz,dz与[x,y]上暴露的立足点域h结合后,引发分支迁移,从而侵入式结合x,直到dz与x完全结合时,在切割位点“tragg”处将x裂解成两段;

8、输入链dz由于和c域结合的部分短,在切割后会和x-1作为双链废物脱落,分支迁移被置换掉一部分的y会和x-2重新杂交,形成一个带有新的立足点域b*的双链复合物,最终实现了dna核酶侵入式切割双链。

9、优选地,所述切割位点“tragg”隐藏于dna双链结构之中,且立足点域h与切割位点“tragg”之间间隔一个dna片段b,所述dna片段b长为5nt。

10、优选地,dna片段d作为冗余dna序列,用于其它功能设计,且碱基序列不少于8nt。

11、本发明提供的一种dna核酶侵入式切割双链的方法,与现有技术方法相比具有以下优点:

12、1.现有技术中的dna核酶切割单链的操作只能用作信号的报告,应用场景受限,本发明中的切割双链既能用于信号报告,也能用于信号在不同模块间的传递;

13、2.基于dna核酶的立足点调控方法将蛋白质酶和dna立足点域联系起来,利用酶调控立足点区域,从而实现了用蛋白质对整个电路进行调控;

14、3.dna核酶调控产生的立足点,即是下游反应的立足点,分支迁移的过程不直接产生下游的输入链,做到了弱耦合。

15、本发明提供的dna核酶侵入式切割双链以调控立足点域的新方法拓展了dna核酶可应用的底物范围,增加了dna核酶的工具箱,可广泛应用于dna计算,生物传感器以及基因工程。



技术特征:

1.dna核酶侵入式切割双链的方法,其特征在于,包括:

2.根据权利要求1所述的dna核酶侵入式切割双链的方法,其特征在于,所述切割位点“tragg”隐藏于dna双链结构之中,且立足点域h与切割位点“tragg”之间间隔一个dna片段b,所述dna片段b长为5nt。

3.根据权利要求1所述的dna核酶侵入式切割双链的方法,其特征在于,dna片段d作为冗余dna序列,用于其它功能设计,且碱基序列不少于8nt。


技术总结
本发明涉及分子计算领域,尤其涉及DNA核酶切割技术,具体涉及DNA核酶侵入式切割双链以调控立足点方法。该方法通过加入特定的E6‑type DNA核酶来实现对DNA核酶侵入式切割双链中的立足点区域进行动态增加。利用该方法,设计了一套受DNA核酶调控的基于蛋白质‑核酸的逻辑运算系统。且DNA核酶由原先的以切割DNA单链为主,拓宽至可以侵入式切割双链,提供了一种新的DNA核酶切割方法,可广泛应用于基因工程、生物传感器以及纳米技术。

技术研发人员:郑学东,楚阳阳,李喆昊,赵常宏,张强
受保护的技术使用者:沈阳航空航天大学
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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