実世界で動作するDNAナノマシン構築手法の確立

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本研究課題では、機能性分子システムを実現するために、実世界で動作するDNAナノマシンの構築手法を確立することに取り組んでいる。研究代表者らがこれまで行ってきた、DNAの構造形成挙動を予測するシミュレーションと生化学的な実験を併用して反応を定量的に評価・検証し、その結果にもとづいて最適な配列を設計するアプローチによって、高い設計精度で所望の動作特性を示すDNAナノマシンを構築する。三年間の研究計画を四年間に延長した四年度目にあたる今年度は、DNAポリメラーゼによる伸長反応で情報処理機能を示す分子システムを構成するDNAナノマシンについて、昨年度に改変した反応機構を検証して高効率な動作を達成するための生化学的な実験を行った。実験では蛍光プローブを用いた電気泳動結果の計測等により結果を定量的に評価し、各段階の反応効率を詳細に検証した。そこで得た知見から、二次構造を多段階に形成・変化させる反応で動作するDNAナノマシンについて、最適な反応条件などを決定するためには、簡便な操作で効率良くDNAナノマシンを調整できる手法を開発して、実験のスループットを高める必要性が示唆された。そこで、調整時に行う反応を改変して従来手法との比較検証を行ったところ、操作の簡便性および反応効率ともに改善すると思われる予備的な成果を得た。改変した調整手法について今後さらに検討することで、ハイスループットにDNAナノマシンの検証実験を実施して高い反応効率を実現し、情報処理機能を示す分子システムの多段階動作を達成する。上記のDNAナノマシンとともに分子システムを構成するポリメラーゼを用いた反応についても検証を行い、その成果に関して複数の学会で発表を行った。