[发明专利]分子状态机

权利要求书

1.一种在细胞中实施的分子状态机，其包括：

工程化信号传导途径，其响应于与第一状态相关的第一信号产生跟踪分子；

基于所述跟踪分子改变RNA产物的转录速率的操纵子；

具有靶位点的双链多核苷酸；

具有与所述靶位点的同源性的同源定向修复(HDR)模板，其中所述细胞中可用的所述HDR模板的量或配置成在所述靶位点的切割位点处产生双链断裂(DSB)的核酸酶的活性被所述RNA产物增加；和

抑制系统，其减少所述细胞中可用的所述HDR模板的量或所述核酸酶的活性。

2.权利要求1所述的分子状态机，其中所述跟踪分子是转录因子。

3.权利要求1所述的分子状态机，其中所述抑制系统响应于与第二状态相关的第二信号。

4.权利要求1所述的分子状态机，其中所述抑制系统包括使所述操纵子失活的CRISPRi。

5.权利要求1-4中任一项所述的分子状态机，其中所述RNA产物是以下之一：

编码所述核酸酶的mRNA；

gRNA，并且所述核酸酶是CRISPR相关蛋白；或

所述HDR模板或是用于通过逆转录生成所述HDR模板的模板。

6.一种基于状态在细胞中记录信号的方法，所述方法包括：

检测第一工程化信号传导途径上的第一信号，其指示第一状态；

响应于所述第一信号产生第一跟踪分子；

检测第二信号；和

响应于所述第二信号并且当所述第一跟踪分子的浓度处于或高于第一功能水平时，将第一HDR模板插入所述细胞中的双链多核苷酸中。

7.权利要求6所述的方法，其中所述第一追踪分子是激活诱导型启动子的转录因子，所述诱导型启动子与所述HDR模板的合成或核酸酶的合成中的至少一种可操作地连接，所述核酸酶在所述双链多核苷酸中产生双链断裂(DSB)。

8.权利要求6所述的方法，其中所述第一跟踪分子的浓度在阈值时间内衰减到所述第一功能水平以下。

9.权利要求8所述的方法，其还包括响应于所述第二信号并且当所述第一跟踪分子的浓度低于所述第一功能水平时，将第二HDR模板插入所述双链多核苷酸中。

10.权利要求6-9中任一项所述的方法，其还包括：

检测第二工程化信号传导途径上的第三信号，其指示不同于所述第一状态的第二状态；

响应于所述第三信号产生第二跟踪分子；

响应于所述第三信号降低所述第一跟踪分子的浓度；

检测所述第二信号；和

响应于所述第二信号并且当所述第二跟踪分子的浓度处于或高于第二功能水平时，将第三HDR模板插入所述双链多核苷酸中。

11.一种在细胞内的多核苷酸中编码二进制数据的方法，所述方法包括：

接收指示第一二进制数字的第一外部信号；

通过HDR将第一HDR模板插入双链多核苷酸中，所述第一HDR模板根据情境依赖性编码代表所述第一二进制数字；

基于所述第一二进制数字产生第一分子信号，所述第一分子信号的存在将所述细胞置于第一状态；

接收指示第二二进制数字的第二外部信号；和

通过HDR将第二HDR模板插入所述双链多核苷酸中，所述第二HDR模板根据所述情境依赖性编码并基于处于所述第一状态的所述细胞代表所述第二二进制数字。

12.权利要求11所述的方法，其中所述第一分子信号包括转录因子，所述转录因子激活与所述细胞的所述第一状态相关的启动子。