Autonomous DNA nanostructures instructed by hierarchically concatenated chemical reaction networks
Abstract: Concatenation and communication between chemically distinct chemical reaction networks (CRNs) is an essential principle in biology for controlling dynamics of hierarchical structures. Here, to provide a model system for such biological systems, we demonstrate autonomous lifecycles of DNA nanotubes (DNTs) by two concatenated CRNs using different thermodynamic principles: (1) ATP-powered ligation/restriction of DNA components and (2) input strand-mediated DNA strand displacement (DSD) using energy gains provided in DNA toeholds. This allows to achieve hierarchical non-equilibrium systems by concurrent ATP-powered ligation-induced DSD for activating DNT self-assembly and restriction-induced backward DSD reactions for triggering DNT degradation. We introduce indirect and direct activation of DNT self-assemblies, and orthogonal molecular recognition allows ATP-fueled self-sorting of transient multicomponent DNTs. Coupling ATP dissipation to DNA nanostructures via programmable DSD is a generic concept which should be widely applicable to organize other DNA nanostructures, and enable the design of automatons and life-like systems of higher structural complexity
- Standort
-
Deutsche Nationalbibliothek Frankfurt am Main
- Umfang
-
Online-Ressource
- Sprache
-
Englisch
- Anmerkungen
-
ISSN: 2041-1723
- Klassifikation
-
Biowissenschaften, Biologie
- Ereignis
-
Veröffentlichung
- (wo)
-
Freiburg
- (wer)
-
Universität
- (wann)
-
2023
- Urheber
- DOI
-
10.1038/s41467-021-25450-5
- URN
-
urn:nbn:de:bsz:25-freidok-2369096
- Rechteinformation
-
Open Access; Der Zugriff auf das Objekt ist unbeschränkt möglich.
- Letzte Aktualisierung
-
25.03.2025, 13:49 MEZ
Datenpartner
Deutsche Nationalbibliothek. Bei Fragen zum Objekt wenden Sie sich bitte an den Datenpartner.
Beteiligte
- Deng, Jie
- Walther, Andreas
- Universität
Entstanden
- 2023
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