中国团队在DNA电路领域取得新进展

华中科大药学院吴曈勃教授和武汉儿童医院骨科王泽博士等人在Advanced Science上在线发表题为“DNA Sequential Logic Circuits for Reversible Counters and Dynamic Biomolecular Sensing”的研究论文。该研究构建了一种具有高度自主性与可复用性的DNA时序逻辑电路，可用于构建可逆计数器和动态生物信息传感。

DNA因其高度的灵活性、特异性和自组装能力，可被用于构建各种逻辑门和先进逻辑电路。然而目前的DNA电路多是组合逻辑电路，DNA时序逻辑电路的构建面临诸多挑战，这极大的限制了DNA电路的发展与应用。

吴曈勃团队构建了一个切刻酶驱动的动态DNA链置换系统（Nicking-Enzyme-Driven Dynamic Displacement System，NEDDS），该系统由相互对称的两部分组成。通过优化该系统中切刻酶酶切位点的位置，以及DNA链置换Toehold区长度来平衡热力学与动力学之间的矛盾，从而实现对链置换的时空控制。借助该系统，团队成功开发了一系列具有高度可重复性和自主性的DNA时序电路元件，包括基于NOR门的SR锁存器（Set-Reset latch）、基于NAND门的SR锁存器以及D锁存器(Data latch)。这些电路元件具有设计简单、自主性高和可重复使用的特点，并成功地被应用于构建可逆计数器及动态生物信息传感中，实现了瞬态miRNA监测、多种毒素同时检测以及细胞内ATP浓度动态传感等应用。