遺伝子発現ネットワークの可制御性解析

19年度は,本研究課題の最終年度として,遺伝子ネットワークのための可制御性解析を定式化し,その解法を与えることを中心に研究を進めてきた.まず,遺伝子ネットワーク特有の問題を整理し,遺伝子ネットワークの可制御性問題としては,その非線形性や得られる解の用途から,可制御状態集合問題が重要であることを指摘し,その定式化を行った.つぎに,その解法として,遺伝子ネットワークの可制御性解析結果をどのように使用するかという観点から,区分的アファイン系での近似,確率的なアプローチの導入,射影空間を用いた低次元化,モード切替制約の導入など様々なアイデアを用いて,区分的アファイン系で与えられるバイオシステムの可制御性解析手法を提案した.この手法を緑膿菌の感染症発症抑制問題に適用し,本手法の有効性を確認した,さらに,区分的アファイン系の可制御性グラミアンを定義し,その計算手法を開発した.これにより,遺伝子ネットワークのどの部分に入力を配置するとよいかが決定できるようになる。最後に、遺伝子ネットワークの制御問題に対して,評価関数を入力量として,最適な入力軌道を求める問題を非線形系のモデル予測制御問題として定式化し,緑膿菌に対して実際に制御入力を混合整数計画問題に帰着して求めた.これにより,どの入力は位置のもとでどのような制御入力を加えればよいかを決定する一連の手法が開発できた.最後に,本研究課題に対する研究成果を総括し,また,今後の課題を検討した.

19年度は,本研究課題の最終年度として,遺伝子ネットワークのための可制御性解析を定式化し,その解法を与えることを中心に研究を進めてきた.まず,遺伝子ネットワーク特有の問題を整理し,遺伝子ネットワークの可制御性問題としては,その非線形性や得られる解の用途から,可制御状態集合問題が重要であることを指摘し,その定式化を行った.つぎに,その解法として,遺伝子ネットワークの可制御性解析結果をどのように使用するかという観点から,区分的アファイン系での近似,確率的なアプローチの導入,射影空間を用いた低次元化,モード切替制約の導入など様々なアイデアを用いて,区分的アファイン系で与えられるバイオシステムの可制御性解析手法を提案した.この手法を緑膿菌の感染症発症抑制問題に適用し,本手法の有効性を確認した,さらに,区分的アファイン系の可制御性グラミアンを定義し,その計算手法を開発した.これにより,遺伝子ネットワークのどの部分に入力を配置するとよいかが決定できるようになる。最後に、遺伝子ネットワークの制御問題に対して,評価関数を入力量として,最適な入力軌道を求める問題を非線形系のモデル予測制御問題として定式化し,緑膿菌に対して実際に制御入力を混合整数計画問題に帰着して求めた.これにより,どの入力は位置のもとでどのような制御入力を加えればよいかを決定する一連の手法が開発できた.最後に,本研究課題に対する研究成果を総括し,また,今後の課題を検討した.