An Integrated Multi-Function Heterogeneous Biochemical Circuit for High-Resolution Electrochemistry-Based Genetic Analysis.
An Integrated Multi-Function Heterogeneous Biochemical Circuit for High-Resolution Electrochemistry-Based Genetic Analysis.
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DOI：
10.1002/anie.202010648
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发表时间：
2020-11-09
影响因子：
16.6
通讯作者：
Liu, Chung Chiun
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Dai, Yifan;Xu, Wei;Somoza, Rodrigo A.;Welter, Jean F.;Caplan, Arnold I.;Liu, Chung Chiun
根据逻辑设计原理，构建一种自主可编程的多功能异质生化电路，将生物信号识别、转换、转换和放大为物理化学信号，将是多种生物技术发展的强大能力。为了探索这一概念的有效性，我们设计了一个基于CRISPR阵列介导的引物交换反应的生化电路级联，它探测特定的生物分子输入，将输入转换为结构上可访问的形式用于电路布线，将输入信息翻译成任意序列，最后通过自主形成信号级联来放大指定的序列。这一上游生化电路还与下游电化学接口连接，提供了一个集成的生物分析平台。我们编写了这个平台来直接分析人类细胞裂解液中的SARS-CoV-2基因组，展示了这个独特的集成系统的能力和实用性。构建了一种能够识别、转换、转换和放大生物信号为物理化学信号的异质多功能生化电路，并与基于电化学的遗传分析传感平台集成在一起。
Modular construction of an autonomous and programmable multi-function heterogeneous biochemical circuit that can identify, transform, translate and amplify biological signals into physicochemical signals based on logic design principle can be a powerful capability for the development of diverse biotechnologies. To explore this conceptual validity, we design a CRISPR array mediated primer exchange reaction based biochemical circuit cascades, which probe a specific biomolecular input, transform the input into a structurally accessible form for circuit wiring, translate the input information into an arbitrary sequence and finally amplify the prescribed sequence through autonomous formation of a signaling concatemer. This upstream biochemical circuit is further wired with a downstream electrochemical interface, delivering an integrated bioanalytical platform. We program this platform to directly analyze the genome of SARS-CoV-2 in human cell lysate, demonstrating the capability and utility of this unique integrated system. A heterogeneous multi-function biochemical circuit that can identify, transform, translate and amplify biological signals into physicochemical signals is constructed and integrated with an electrochemistry based sensing platform for genetic analysis.
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