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A Logic Programming Language for Computational Nucleic Acid Devices.
ACS Synthetic Biology ( IF 4.7 ) Pub Date : 2018-12-07 , DOI: 10.1021/acssynbio.8b00229
Carlo Spaccasassi 1 , Matthew R Lakin 2, 3 , Andrew Phillips 1
Affiliation  

Computational nucleic acid devices show great potential for enabling a broad range of biotechnology applications, including smart probes for molecular biology research, in vitro assembly of complex compounds, high-precision in vitro disease diagnosis and, ultimately, computational theranostics inside living cells. This diversity of applications is supported by a range of implementation strategies, including nucleic acid strand displacement, localization to substrates, and the use of enzymes with polymerase, nickase, and exonuclease functionality. However, existing computational design tools are unable to account for these strategies in a unified manner. This paper presents a logic programming language that allows a broad range of computational nucleic acid systems to be designed and analyzed. The language extends standard logic programming with a novel equational theory to express nucleic acid molecular motifs. It automatically identifies matching motifs present in the full system, in order to apply a specified transformation expressed as a logical rule. The language supports the definition of logic predicates, which provide constraints that need to be satisfied in order for a given rule to be applied. The language is sufficiently expressive to encode the semantics of nucleic strand displacement systems with complex topologies, together with computation performed by a broad range of enzymes, and is readily extensible to new implementation strategies. Our approach lays the foundation for a unifying framework for the design of computational nucleic acid devices.

中文翻译:

计算核酸设备的逻辑编程语言。

计算核酸设备在实现广泛的生物技术应用方面显示出巨大的潜力,包括用于分子生物学研究的智能探针,复杂化合物的体外组装,高精度的体外疾病诊断以及最终在活细胞内部的计算治疗学。多种实施策略可支持这种多样性的应用,包括核酸链置换,定位于底物以及使用具有聚合酶,切口酶和核酸外切酶功能的酶。但是,现有的计算设计工具无法以统一的方式考虑这些策略。本文提出了一种逻辑程序设计语言,可以设计和分析各种计算核酸系统。该语言使用新颖的方程式理论扩展了标准逻辑编程,以表达核酸分子基序。它会自动识别整个系统中存在的匹配主题,以便应用表示为逻辑规则的指定转换。该语言支持逻辑谓词的定义,逻辑谓词提供了为了应用给定规则而需要满足的约束。该语言具有足够的表达能力,可以编码具有复杂拓扑结构的核酸链置换系统的语义以及由多种酶执行的计算,并且易于扩展为新的实施策略。我们的方法为计算核酸设备设计的统一框架奠定了基础。它会自动识别整个系统中存在的匹配主题,以便应用表示为逻辑规则的指定转换。该语言支持逻辑谓词的定义,逻辑谓词提供了为了应用给定规则而需要满足的约束。该语言具有足够的表达能力,可以编码具有复杂拓扑结构的核酸链置换系统的语义以及由多种酶执行的计算,并且易于扩展为新的实施策略。我们的方法为计算核酸设备设计的统一框架奠定了基础。它会自动识别整个系统中存在的匹配主题,以便应用表示为逻辑规则的指定转换。该语言支持逻辑谓词的定义,逻辑谓词提供了为了应用给定规则而需要满足的约束。该语言具有足够的表达能力,可以编码具有复杂拓扑结构的核酸链置换系统的语义以及由多种酶执行的计算,并且易于扩展为新的实施策略。我们的方法为计算核酸设备设计的统一框架奠定了基础。这些规则提供了要应用给定规则所需满足的约束。该语言具有足够的表达能力,可以编码具有复杂拓扑结构的核酸链置换系统的语义以及由多种酶执行的计算,并且易于扩展为新的实施策略。我们的方法为计算核酸设备设计的统一框架奠定了基础。这些规则提供了要应用给定规则所需满足的约束。该语言具有足够的表达能力,可以编码具有复杂拓扑结构的核酸链置换系统的语义以及由多种酶执行的计算,并且易于扩展为新的实施策略。我们的方法为计算核酸设备设计的统一框架奠定了基础。
更新日期:2018-10-29
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