一种响应双链核酸的DNA分子电路及其使用方法技术

本发明专利技术提供一种信号识别传感元件以及以之为基础构建的响应双链核酸的DNA分子电路。本发明专利技术所述信号识别传感元件包含名称为单链核酸输出的一条单链DNA和名称为单链DNA探针的一条单链DNA。本发明专利技术的响应双链核酸的DNA分子电路利用核酸外切酶驱动目标双链DNA置换出核酸外切酶模块中的单链核酸输出，游离的单链核酸输出被生物传感器响应。本发明专利技术响应双链核酸的DNA分子电路可在37℃的环境下直接响应双链核酸，扩展了DNA分子电路底物库，有效提高了DNA分子电路的响应和处理信息功能。DNA分子电路的响应和处理信息功能。

【技术实现步骤摘要】
一种响应双链核酸的DNA分子电路及其使用方法


[0001]本专利技术涉及一种响应双链核酸的DNA分子电路及其使用方法。

技术介绍

[0002]开发出快速运行、稳定性好的高性能DNA分子电路对于生物计算与储存、基因编辑、智能分子诊断与治疗等领域至关重要。
[0003]目前，已经研究出多种基于粘性末端介导的链置换反应(TMSD)的DNA分子电路或基于核酸酶驱动的DNA分子电路。这些分子电路仅能响应单链核酸。然而，多数生物样本的基因组为完全互补的双链核酸序列，它们无法被上述的分子电路所响应，这大大缩小了DNA分子电路的应用范围。
[0004]λ噬菌体核酸外切酶(λexo)最初是从感染了λ噬菌体的大肠杆菌细胞中纯化出来的。这种酶催化双链DNA分子从5
’‑
P末端进行逐步的水解释放出5
’‑
单核苷酸。但不能降解5
’‑
OH末端，是常用的核酸外切酶。
[0005]粘性末端介导的链置换反应(TMSD)基于线性DNA结构构建，由线性DNA的粘性末端(toehold)介导。能够响应单链核酸，并以单链核酸作为输出，是构建分子电路的基本反应。
[0006]杂交链式反应(Hybridization chain reaction，HCR)是一种信号扩增技术,它利用分子识别和杂交反应依次打开多个发卡探针，得到累计信号，实现选择性检测靶分子的目的，其特点是整个反应过程无酶参与，避免了非特异性扩增对分析结果的影响，且反应条件温和易控制。基于这些特点，HCR受到了研究人员广泛的关注。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是如何在室温下构造响应双链核酸输入的多种DNA分子电路。
[0008]为了解决以上技术问题，本专利技术首先提供一种信号识别传感元件，所述信号识别传感元件用于识别待测样本是否含有目标双链DNA；所述信号识别传感元件包含名称为单链核酸输出的一条单链DNA和名称为单链DNA探针的一条单链DNA，所述单链DNA探针从5
’
至3
’
方向依次为目标结合域和单链核酸输出结合域，所述单链核酸输出结合域与所述单链核酸输出结合，所述目标结合域与所述目标双链DNA的一条链反向互补；所述单链核酸输出的5
’
端进行硫代修饰，所述单链DNA探针的5
’
端进行磷酸化修饰。
[0009]上述信号识别传感元件中，所述信号识别传感元件可选自如下
①
或
②
：
[0010]①
一类λexo Gate，由I型复合结构和II型复合结构构成；
[0011]所述I型复合结构由A1
‑
I和A2
‑
I两条单链DNA组成：
[0012]A1
‑
I名为单链核酸输出I，所述A1
‑
I是从5
’
至3
’
方向由A1
‑
I toehold封锁域和A1
‑
I置换域依次连接而成的单链DNA，所述A1
‑
I的5
’
端进行硫代修饰；所述A1
‑
I toehold封锁域由名称为ta的核苷酸片段构成；所述A1
‑
I置换域由名称为a的核苷酸片段构成；
[0013]A2
‑
I为单链DNA探针I，所述A2
‑
I是从5
’
至3
’
方向由目标I结合域和A1
‑
I结合域依
次连接而成的单链DNA；其中所述目标I结合域与目标双链DNA
‑
I中的其中一条链反向互补，所述A1
‑
I结合域与所述A1
‑
I反向互补；
[0014]所述II型复合结构由A1
‑
II和A2
‑
II两条单链DNA组成：
[0015]A1
‑
II名为单链核酸输出II，所述A1
‑
II是从5
’
至3
’
方向由A1
‑
II 5
’
端封锁域、A1
‑
II置换域和A1
‑
II 3
’
端封锁域封锁域依次连接而成的单链DNA，所述A1
‑
II的5
’
端进行硫代修饰；所述A1
‑
II 5
’
端封锁域由名称为tb的核苷酸片段构成；所述A1
‑
II置换域由名称为b的核苷酸片段构成，所述A1
‑
II 3
’
端封锁域封锁域由名称为tq的核苷酸片段构成；
[0016]A2
‑
II为单链DNA探针II，所述A2
‑
II是从5
’
至3
’
方向由目标II结合域和A1
‑
II结合域依次连接而成的单链DNA；其中所述目标II结合域与目标双链DNA
‑
II中的其中一条链反向互补，所述A1
‑
II结合域与所述A1
‑
II反向互补；
[0017]②
二类λexo Gate，由B1和B2两条单链DNA组成：
[0018]B1名为单链核酸输出，所述B1是从5
’
至3
’
方向由名称为x的核苷酸片段和名称为y的核苷酸片段依次连接而成的单链DNA；所述B1的5
’
端进行硫代修饰；
[0019]B2名为单链DNA探针，所述B2是从5
’
至3
’
方向由目标结合域和单链核酸输出结合域的单链DNA；其中所述目标结合域与目标双链DNA中的其中一条链反向互补，所述单链核酸输出结合域与所述B1反向互补。
[0020]上述信号识别传感元件中，所述一类λexo Gate中所述A1
‑
I的核苷酸序列与序列表序列1的第26
‑
50位反向互补，所述A1
‑
I的自5
’
起的第1
‑
5位核苷酸均进行硫代修饰；所述A2
‑
I的序列如序列表中序列1所示，所述A2
‑
I的自5
’
起第1位核苷酸修饰有磷酸基团；所述A1
‑
II的序列与序列表序列2的第46
‑
69位反向互补，其第1
‑
5位进行硫代修饰；所述A2
‑
II的序列如序列表序列2所示，其第1位修饰有磷酸基团。
[0021]上述信号识别传感元件中，所述一类λexo Gate中所述A1
‑
I和所述A2
‑
I的摩尔比可为1:1，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种信号识别传感元件，其特征在于：所述信号识别传感元件用于识别待测样本是否含有目标双链DNA；所述信号识别传感元件包含名称为单链核酸输出的一条单链DNA和名称为单链DNA探针的一条单链DNA，所述单链DNA探针从5
’
至3
’
方向依次为目标结合域和单链核酸输出结合域，所述单链核酸输出结合域与所述单链核酸输出结合，所述目标结合域与所述目标双链DNA的一条链反向互补；所述单链核酸输出的5
’
端进行硫代修饰，所述单链DNA探针的5
’
端进行磷酸化修饰。2.根据权利要求1所述的信号识别传感元件，其特征在于：所述信号识别传感元件为如下
①
或
②
：
①
一类λexo Gate，由I型复合结构和II型复合结构构成；所述I型复合结构由A1
‑
I和A2
‑
I两条单链DNA组成：所述A1
‑
I是从5
’
至3
’
方向由A1
‑
I toehold封锁域和A1
‑
I置换域依次连接而成的单链DNA，所述A1
‑
I的5
’
端进行硫代修饰；所述A1
‑
I toehold封锁域由名称为ta的核苷酸片段构成；所述A1
‑
I置换域由名称为a的核苷酸片段构成；所述A2
‑
I是从5
’
至3
’
方向由目标I结合域和A1
‑
I结合域依次连接而成的单链DNA；其中所述目标I结合域与目标双链DNA
‑
I中的其中一条链反向互补，所述A1
‑
I结合域与所述A1
‑
I反向互补；所述II型复合结构由A1
‑
II和A2
‑
II两条单链DNA组成：所述A1
‑
II是从5
’
至3
’
方向由A1
‑
II 5
’
端封锁域、A1
‑
II置换域和A1
‑
II 3
’
端封锁域封锁域依次连接而成的单链DNA，所述A1
‑
II的5
’
端进行硫代修饰；所述A1
‑
II 5
’
端封锁域由名称为tb的核苷酸片段构成；所述A1
‑
II置换域由名称为b的核苷酸片段构成，所述A1
‑
II 3
’
端封锁域封锁域由名称为tq的核苷酸片段构成；所述A2
‑
II是从5
’
至3
’
方向由目标II结合域和A1
‑
II结合域依次连接而成的单链DNA；其中所述目标II结合域与目标双链DNA
‑
II中的其中一条链反向互补，所述A1
‑
II结合域与所述A1
‑
II反向互补。
②
二类λexo Gate，由B1和B2两条单链DNA组成：所述B1是从5
’
至3
’
方向由名称为x的核苷酸片段和名称为y的核苷酸片段依次连接而成的单链DNA；所述B1的5
’
端进行硫代修饰；所述B2是从5
’
至3
’
方向由目标结合域和单链核酸输出结合域的单链DNA；其中所述目标结合域与目标双链DNA中的其中一条链反向互补，所述单链核酸输出结合域与所述B1反向互补。3.根据权利要求2所述的信号识别传感元件，其特征在于：所述一类λexo Gate中所述A1
‑
I的核苷酸序列与序列表序列1的第26
‑
50位反向互补，所述A1
‑
I的自5
’
起的第1
‑
5位核苷酸均进行硫代修饰；所述A2
‑
I的序列如序列表中序列1所示，所述A2
‑
I的自5
’
起第1位核苷酸修饰有磷酸基团；所述A1
‑
II的序列与序列表序列2的第46
‑
69位反向互补，其第1
‑
5位进行硫代修饰；所述A2
‑
II的序列如序列表序列2所示，其第1位修饰有磷酸基团；所述二类λexo Gate中所述B1的核苷酸序列与序列表序列2的第46
‑
69位反向互补，所述B1的自5
’
起的第1
‑
5位硫代修饰；所述B2的核苷酸序列如序列表序列2所示，所述B2的自5
’
起的第1位修饰有磷酸基团。4.一种响应双链核酸的DNA分子电路，其特征在于：由权利要求1
‑
3任一所述信号识别
传感元件及其下游的生物传感器构成，所述生物传感器响应由所述信号识别传感元件在核酸外切酶催化输出的游离状态的所述单链核酸输出。5.根据权利要求4所述的响应双链核酸的DNA分子电路，其特征在于：所述生物传感器为如下1)或2)：1)TMSD逻辑电路，所述TMSD逻辑电路响应权利要求2
‑
3任一中所述的一类λexo Gate输出的游离状态的所述单链核酸输出；所述TMSD逻辑电路由与门、或门和报告子构成；所述与门由Z1、Z2和Z3三条单链DNA组成：所述Z1是从5
’
至3
’
方向由A1
‑
I置换域和A1
‑
I toehold封锁域依次连接而成的单链DNA；所述A1
‑
I置换域由名为a的核苷酸片段构成，所述A1
‑
I toehold封锁域由名为tb的核苷酸片段构成；所述Z2是从5
’
至3
’
方向由A1
‑
II置换域和Reporter结合域依次连接而成的单链DNA；所述A1
‑
II置换域由名为b的核苷酸片段构成；所述Reporter结合域从5
’
至3
’
方向由名为tq的核苷酸片段和名为q的核苷酸片段依次连接而成；所述Z3从5
’
至3
’
方向由toehold封锁域、A1
‑
II结合域和A1
‑
I结合域依次连接而成的单链DNA；所述toehold封锁域由名为tq*的核苷酸片段构成；所述A1
‑
II结合域从5
’
至3
’
方向由名为b*的核苷酸片段和名为tb*...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏昕，陈婧，李俊洁，付胜男，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：