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The formal language and design principles of autonomous DNA walker circuits

机译:自主DNA Walker电路的形式语言和设计原理

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摘要

Simple computation can be performed using the interactions between single-stranded molecules of DNA. These interactions are typically toehold-mediated strand displacement reactions in a well-mixed solution. We demonstrate that a DNA circuit with tethered reactants is a distributed system and show how it can be described as a stochastic Petri net. The system can be verified by mapping the Petri net onto a continuous-time Markov chain, which can also be used to find an optimal design for the circuit. This theoretical machinery can be applied to create software that automatically designs a DNA circuit, linking an abstract propositional formula to a physical DNA computation system that is capable of evaluating it. We conclude by introducing example mechanisms that can implement such circuits experimentally and discuss their individual strengths and weaknesses.
机译:可以使用DNA单链分子之间的相互作用进行简单的计算。这些相互作用通常是在充分混合的溶液中的脚趾介导的链置换反应。我们证明了具有束缚反应物的DNA电路是一个分布式系统,并展示了如何将其描述为随机Petri网。可以通过将Petri网映射到连续时间的马尔可夫链上来验证该系统,该系统也可以用于找到电路的最佳设计。这种理论机制可用于创建自动设计DNA电路的软件,将抽象的命题公式链接到能够对其进行评估的物理DNA计算系统。最后,我们通过介绍可以实验地实现此类电路的示例机制,并讨论它们各自的优缺点。

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