| Project/Area Number |
23K17658
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 13:Condensed matter physics and related fields
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
鳥谷部 祥一 東北大学, 工学研究科, 教授 (40453675)
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| Project Period (FY) |
2023-06-30 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2025: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
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| Keywords | バイオ技術 / PCR / ブロッカー法 / エラー制御 / バイオテクノロジー / 非平衡物理学 / DNA |
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| Outline of Research at the Start |
PCRはウイルス検査などに応用されている，バイオ技術の中心的技術である．しかし，エラーが避けられず，ウイルス検査における偽陽性の原因となっている．本課題は，物理学的視点を取り入れて，バイオ技術の革新的なパフォーマンス向上を目指す．特に，従来のエネルギー論的制御の限界を超える速度論的な「超」エラー制御に挑戦し，これをPCR等に応用して，その効果を実験で実証する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度，計画していた２つの研究を主に進めた．
１つは，PCRによるウイルス検査で用いるブロッカー法の拡張である．ブロッカー法は，間違ったプライマー結合をブロックしてエラーを抑制する方法で，反応速度を落とさずにPCRのエラーを劇的に抑制できる．ただし，この方法は既知のエラーに対応した特異的なブロッカーを用いるため，エラーが未知である場合は使えず，実用性に限界があった．そこで，複数の配列のブロッカーを用いてエラーを抑制するという新しい方法を試したところ，未知のエラーに対してもエラーを抑制することができることを実証した．特に，網羅的な実験によりモデル化に成功した．これは，他の鋳型配列などにも応用できる技術の開発成功を意味し，波及効果が期待できる．現在，論文の執筆をほぼ終えた状況であり，2024年度の初めに投稿予定である．
もう１つは，カスケードによるエラー抑制の開発である．生体内では，速度論的校正という多段階のメカニズムにより，掛け算的な情報複製のエラー抑制を実現している．この方法は極めて強力だが，複雑なため，バイオ技術に応用されていない．我々は，DNAライゲーションによるDNA複製がカスケード的な反応によるエラーを掛け算的に抑制できるというアイデアを得て，これをバイオ技術へ応用することを試みた．今年度，この実証実験を行い，確かに，DNAライゲーションで掛け算的にエラーが抑制できるということが分かった．ただし，そのためにはある程度条件を調整する必要があることが分かった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初計画していた通りに実験が進んでおり，ブロッカー法に関しては，現在，論文を準備中である．
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| Strategy for Future Research Activity |
ブロッカー法によるPCRの未知エラー抑制に関しては，論文執筆を進め，2024年度の初めに論文投稿を行う．また，カスケードによるエラー抑制については，実験条件のさらなる検討を進めて，カスケードが生じる条件を探る．データが撮り終わり次第論文を執筆し，2024年度前半に投稿する．
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