システム生物学・構成的生物学に基づく細胞内分子コンピュータ設計と構築

• Project/Area Number: 18800046
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (Start-up)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Bioinformatics/Life informatics
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 柚木 克之 Keio University, 理工学部, 助教 (70433745)
• Project Period (FY): 2006 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥2,720,000 (Direct Cost: ¥2,720,000); Fiscal Year 2007: ¥1,360,000 (Direct Cost: ¥1,360,000); Fiscal Year 2006: ¥1,360,000 (Direct Cost: ¥1,360,000)
• Keywords: システム生物学 / 構成的生物学 / コンピュータ・シミュレーション / OGAB法 / DNAコンピューティング / 論理ゲート / カロテノイド / 染色体DNA / 構成生物学 / 人工遺伝子回路 / セルオートマトン / DNAコンピュータ

Research Abstract

AND論理ゲートとして作動するよう設計したデュアル・プロモーターの動作を蛍光プローブで確認した。このタイプのプロモーターを組み合わせ、複数のAND回路からなる遺伝子回路を構築することにより、微生物細胞を用いた三目並べゲームの構成可能性を議論した論文をIET SyntheticBiology誌から出版した。
遺伝子回路のみならず、代謝系も含めた細胞内化学反応系の包括的設計を目指して、カロテノイド生合成経路の収率向上を試みた。カロテノイドは色素であるため、レポーター分子として利用した。まずコンピュータ・シミュレーションによって、カロテノイド生合成経路を形質転換した場合の大腸菌細胞内の代謝流束と菌体成長速度を予測した。シミュレーション結果より、形質転換した大腸菌がほぼ正常に成育し、かつ従来株よりも高いカロテノイド合成能を持つことが予測された。この結果に基づき、当該遺伝子群をOGAB法(Ordered Gene Assembly in B.subtilis)を用いて集積・形質転換した。結果、培地上にコロニーが出現したことから、菌体の正常な生育が確認できたと解釈している。
また、遺伝子回路の性能を左右する因子として、オペロンにおける各遺伝子の並び川頁が寄与していることが知られている。最適な遺伝子並び順を探索するため、DNAコンピューティングで確立されたランダムアセンブリの技術を応用し、従来知られているものとは異なる並び順を得た。現在、カロテノイド合成量の定量を行うとともに、当該遺伝子群をプラスミドから染色体DNAに移した場合の生産量の変化についても観察を試みている。

Research Products

• [Journal Article] SYANAC:SYnthetic biological automaton for noughts and crosses (2007)
  • Author(s): S. Ayukawa, A. Kobayashi, Y. Nakashima, H. Takagi, S. Hamada, M. Uchiyama, K Yuei, S. Murata, Y. Sakakibara, M. Hagiya, M. Yamamura, D. Kiga
  • Journal Title: IET Synthetic Biology Vol.1 Issue1-2 Pages: 64-67
  • Peer Reviewed