分子計算系の進化的計算手法を用いた設計に関する研究

利用进化计算方法设计分子计算系统的研究

• 批准号: 11J09247
• 负责人: 川又 生吹
• 金额: $ 1.22万
• 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: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J09247/
• 关键词: 分子ロボティクス; 自動設計; DNAハイドロゲル; ゲルゾル相転移; 分子計算; グラフ抽象化; シミュレーション効率化; RNAi; ハイドロゲル; 分子計算系; DNAオートマトン; RNA interference

本研究の目的である分子計算系として, 当初はすべてのDNAが一様に混ざっている均質系のみを対象にしていた. しかし均質系ではDNAを使った化学反応の時間発展を設計することはできるが, 空間的なパターンを持たせることは難しい. そこで当該年度では, 均質系に比べてより複雑な拡散反応系についての調査および予備実験を行った. 具体的にはDNA架橋したポリアクリルアミドゲルを設計し, DNAのハイブリダイゼーション反応によって相転移を行う実験を行った. またゲルとゾルの区別を行う観察方法として, 蛍光マイクロビーズのブラウン運動を評価する手法を用いた. 予備実験の成果として, 人手によって設計された化学反応による架橋点の作成または分解を行い, 時空間的なゾル化や, 時間的なゲル化を行うことに成功した.研究の目的の一つとして複雑な系の設計を挙げたが, DNA化学反応により時空間発展を行う系は, そのような設計の対象になると考えられる. また当初は人工遺伝子回路の自動設計を行う計画であったが, 文献調査の結果, 着眼点は異なるものの先行研究と呼べる研究がすでに存在することが分かった. 一方で, DNA化学反応を使った時空間的に発展する拡散反応系の自動設計は新規性のある分野だと言える. シミュレータの作成や系の自動設計を行うには至らなかったが, 新規性のある複雑な系を提案するという成果を得られた. この成果はCBI学会での「Excellent Poster Award」の受賞, FNANOと呼ばれる国際会議での口頭発表に採択されるなどの評価を得た.今後はこれまでに作成した均質系の数理モデルを基に拡散反応系のシミュレータを作成し, DNA化学反応によって駆動する反応場の自動設計へと, 本提案手法が応用できると考えられる. 将来的にはDNA化学反応による時空間的なパターン形成や物質輸送, ゲルを使った流体デバイスのフロー制御, ゲルゾル相転移による薬剤の放出などの応用に貢献できると期待される.

The aim of this study is to establish a molecular computing system for the first time. Homogeneous DNA systems are designed for chemical reaction and development in time. In the same year, the homogeneous system was investigated and prepared. Specifically, the DNA bridging process is designed to reverse the DNA bridging process. The difference between the two methods is that the two methods are different. In preparation for the achievement, the manual design of the chemical reaction, the creation of the bridge point, the time and space of the reaction, the time and space of the reaction, the success of the reaction. The purpose of this study is to design a complex system of DNA chemistry, to develop a time-space evolution system of DNA chemistry, and to design a complex system of DNA chemistry. The automatic design of artificial genetic sub-circuits is planned at the beginning, and the results of literature survey are discussed. On the other hand, DNA chemical reaction makes time and space development possible. Automatic design of dispersion reaction system makes new characteristics possible. The automatic design of the system is carried out in the process of creating a new system, and the results are obtained. This achievement was awarded the "Excellent Poster Award" by the CBI Institute, and the FNANO was awarded the "Excellent Poster Award" at the oral presentation of the International Conference. In the future, this proposed method will be used for the automatic design of reaction fields based on the mathematical and physical models of homogeneous systems, the development of dispersion reaction systems, and the automatic design of reaction fields for DNA chemical reactions. In the future, DNA chemical reaction will be the most important factor in the formation and transportation of substances. It is necessary to control the flow of substances, phase shift, and release of substances.

项目成果

Abstraction of Graph-Based Models of Bio-molecular Reaction Systems for Efficient Simulation

• DOI: 10.1007/978-3-642-33636-2_12
• 发表时间: 2012-10
• 作者: I. Kawamata;Nathanael Aubert;M. Hamano;M. Hagiya

straction of DNA Graph Structures for Efficient Enumeration and Simulation

用于高效枚举和模拟的 DNA 图结构提取

• 发表时间: 2011
• 作者: Ibuki Kawamata;Nathanael Aubert;Masahiro Hamano;Masami Hagiya;川又生吹;Ibuki Kawamata;川又 生吹;Ibuki Kawamata;Ibuki Kawamata;Ibuki Kawamata;Ibuki Kawamata;Ibuki Kawamata
• 通讯作者: Ibuki Kawamata

分子反応系の自動設計およびDNAのモデリング

分子反应系统自动设计和DNA建模

• 发表时间: 2011
• 作者: Ibuki Kawamata;Nathanael Aubert;Masahiro Hamano;Masami Hagiya;川又生吹;Ibuki Kawamata;川又 生吹;Ibuki Kawamata;Ibuki Kawamata;Ibuki Kawamata;Ibuki Kawamata;Ibuki Kawamata;川又生吹
• 通讯作者: 川又生吹

Analyzing Computational Complexity of RNA Interference by Abstraction

通过抽象分析 RNA 干扰的计算复杂性

• 发表时间: 2012
• 作者: Ibuki Kawamata;Nathanael Aubert;Masahiro Hamano;Masami Hagiya;川又生吹;Ibuki Kawamata;川又 生吹;Ibuki Kawamata;Ibuki Kawamata;Ibuki Kawamata
• 通讯作者: Ibuki Kawamata

Experimental Validation of Automatically Designed DNA Automaton

自动设计的 DNA 自动机的实验验证

• 发表时间: 2011
• 作者: Yasuo Tabei;Yoshimasa Takabatake;Hiroshi Sakamoto;Ibuki Kawamata and M a sa mi H ag i ya
• 通讯作者: Ibuki Kawamata and M a sa mi H ag i ya