【摘 要】
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合成生物学中的人工分子电路是一个经过精密设计并且可编程的工具箱。Toehold介导的链置换反应是构建分子电路的常用手段，其具定点介导链置换、电路设计可预测、体系中无酶应用条件广泛等特点，但是这种反应速度较慢且易产生信号泄露。生命利用核酸酶来执行各种基本的分子网络。受此启发，我们利用位点特异性和序列无关的核酸酶的新特性来设计高性能的DNA电路。 我们发现了APE1催化反应的动力学高度依赖于底物的稳
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合成生物学中的人工分子电路是一个经过精密设计并且可编程的工具箱。Toehold介导的链置换反应是构建分子电路的常用手段，其具定点介导链置换、电路设计可预测、体系中无酶应用条件广泛等特点，但是这种反应速度较慢且易产生信号泄露。生命利用核酸酶来执行各种基本的分子网络。受此启发，我们利用位点特异性和序列无关的核酸酶的新特性来设计高性能的DNA电路。
我们发现了APE1催化反应的动力学高度依赖于底物的稳定性，并且存在APE1催化底物裂解的自由能阈值行为。只有当底物的杂交自由能低于阈值时，才能被APE1裂解，这种独特的性能可以用于设计各种包括核酸，蛋白质和小分子作为输入(Input)的零泄漏分裂电路。我们合理优化λ核酸外切酶(λExo)酶促反应条件并实现λExo严格的底物偏好性，即只有5磷酸化dsDNA才可以被λExo消化。利用λExo构建线性电路，其在结构上配备多个输入的“与”门，并实现三层级联的“与”-“或”-“与”串联电路，并且在没有额外的组件的条件下实现输入阈值。同样地，线性电路可以以零泄漏的方式执行。
由于APE1和λExo非常快的动力学，所有的电路在10分钟输出结果。相比立足点介导链置换(TMSD)的分子电路，核酸酶驱动电路具有如抑制泄漏、快速响应、输入阈值化和结构简化等更高级的特性，因此代表了一类有前景的人工分子系统。
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