自律演算するDNAコンピューター

执行自主计算的DNA计算机

• 批准号: 01J06242
• 负责人: 小宮 健
• 金额: $ 1.92万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-01J06242/
• 关键词: DNA分子; 自律的; ヘアピン構造; 有向ハミルトン経路問題; 状態遷移機械; リアルタイムPCR; 形態変化; プログラム; 演算能力; シミュレーション

・「演算」の大規模化,ネットワーク化に向けて本研究では,一分子の一本鎖DNAが分子内で自律的に相補配列を探索し,ヘアピン構造を形成する反応を利用して「状態遷移機械」を実装する.DNAポリメラーゼを用いた段階的な伸長にもとづいて,DNA分子が多段階の形態変化を行うことが必要な基本反応について,昨年度に行った予備的な「効率・精度」の評価を受け,反応温度や使用するDNAポリメラーゼなどの条件を改善し,再現性よく高効率で反応を行うことができるようになった.この結果について,リアルタイムPCR法を用いた定量的解析を行い,多段階の連続状態遷移が各段階平均70%以上の効率で進行することを明らかにした.この値は,1回の連続状態遷移反応あたり数十段階の演算ステップを実行することが期待できることを意味しており,より大規模な問題に対する解法の実現可能性が示唆された.さらなる大規模化や,それぞれが演算装置としてはたらくDNA分子間で通信を可能にする手法に関して,入出力の反応条件を変えてリアルタイムPCR法による定量的解析を行った結果からは,分子間でのハイブリダイゼーションにもとづく相補鎖伸長を利用する方法は,ヘアピン構造の形成と競合するため起こりにくいことがわかった.また,NP完全問題である「有向ハミルトン経路問題」の小規模な例題について,昨年度に行った解法実験で解を得ることに成功したが,改善した反応条件下で再度解法を行い,正確度の評価を開始した.各DNA分子が独立した演算装置として連続状態遷移を行い,一つの反応容器中で「プログラム」の並列処理が実行できることを確認した.以上の研究成果を,第26回日本分子生物学会年会(神戸)において報告した.

"Calculus" is on a large scale, and the structure of this study is based on the large scale of calculus. In this study, one molecule is used to explore the self-regulation of intramolecular self-regulation of DNA, and the counteraction is formed by the use of state transfer machines. DNA sensors are used to test the length of each segment of the device. DNA molecular multi-segment configuration is necessary. It is necessary to increase the accuracy of the data yesterday, and the temperature response is due to the improvement of the conditions. Then, the performance of the system is high. The results show that the PCR method uses quantitative analysis, and the average rate of each segment of the multi-segment link is more than 70%. In the first place, a link is made. There are dozens of sections of the calculus, which means that it is impossible to find a solution to a large scale model problem. Large-scale modeling, DNA molecular communication may be simulated, input and output conditions are tested, PCR is quantitatively analyzed, the results are analyzed, and the results are analyzed by the method of correlation. This is the first time that you have to make a good deal of money. This is a complete NP problem. The small scale problem "directed routing problem" is very difficult. Last year, we successfully solved the problem by solving the problem. Under the improved condition, we solved the problem again and again, and we are sure that the problem has started. Each DNA molecular calculus device is linked to each other, and the information is displayed in the container and listed as confirmation. The above "Research results", the 26th Annual meeting of the Molecular Biology Society of Japan.

项目成果

Ken Komiya: "Successive State Transitions with I/O Interface by Molecules"DNA Computing, 6th International Workshop on DNA-Based Computers, DNA 2000, Leiden, The Netherlands, June2000, Revised Papers. LNCS2054. 17-26 (2001)

Ken Komiya：“分子 I/O 接口的连续状态转换”DNA 计算，第六届基于 DNA 的计算机国际研讨会，DNA 2000，荷兰莱顿，2000 年 6 月，修订论文。

Mitsuhiro Kubota: "Branching DNA Machines Based on Transitions of Hairpin Structures"In Sarker et al.(Eds.), Proceedings of the 2003 Congress on Evolutionary Computation (CEC2003). Vol.IV. 2542-2548 (2003)

Mitsuhiro Kubota：“Branching DNA Machines Based on Transitions of Hairpin Structures”In Sarker et al.(Eds.)，2003 年进化计算大会论文集 (CEC2003)。

Masami Hagiya: "Complexity analysis of the SAT engine : DNA algorithms as probablistic algorithms"Theoretical Computer Science. Vol.287. 59-71 (2002)

Masami Hagiya：“SAT 引擎的复杂性分析：DNA 算法作为概率算法”理论计算机科学。