Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
本研究では可逆的超高速DNA光クロスリンクを用いた精密なDNA鎖交換反応の光制御を行う。DNA鎖交換反応は分子計算の基盤反応であり、外部刺激により制御できれば、システムとしての多様性、挙動制御を実現できると考えられる。研究代表者は超高速DNA光架橋反応を既に報告しており、数秒の光照射によりDNA鎖間を架橋することができる。本研究ではこの超高速DNA光架橋反応を用い、DNA１本鎖状態と２本鎖状態を完全に制御することで、ノイズのない精密なDNA鎖交換反応を開発する。
分子サイバネティクス領域において分子計算の基盤反応と考えられるDNA鎖交換反応を外部刺激により制御できれば、システムとしての多様性や正確な挙動制御等を化学反応により実現できると考えられる。しかし、これら酵素や人工核酸を用いたDNA鎖交換反応では、必ず1本鎖状態と2本鎖状態が混在し、それがノイズとなっている。我々は、超高速DNA光架橋反応を既に報告しており、この反応を用いれば、DNA1本鎖状態と2本鎖状態を完全に制御できるのではと着想した。そこで 本研究では分子サイバネティクス領域の基盤反応につながるノイズのない精密なDNA鎖交換反応の開発を目的としている。本年度は2021年度の成果を用いてミニマル人工脳内の化学反応回路の光制御において、領域内共同研究１「C班:条件反射回路（肉、ベル系）への実装を通し光リセットの実現」及び領域内共同研究２「スライム型分子ロボットへの走光性実装を通した異方性の実現」に取り組んだ。特に走光性実装を通した異方性の実現に向けて必要と考えられるDNA２本鎖に対する光操作法の開発に注力した。DNA2本鎖に対して光応答性人工核酸プローブをそれぞれ片側のDNA鎖に同時に相互作用させることでdoubule duplex invasion (DDI)という安定な構造を構築した。400塩基対の長鎖ODNに対して相互作用させ385 nm光照射を1秒おこなったところ、70%以上の高収率でDDI構造が構築できることを見出した。昨年度の成果であるチミン特異性を有するDNA光架橋反応と組み合わせると、ノイズのない精密なDNA鎖交換反応が可能となると考えられ、重要な反応開発に成功したと考えられる。
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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New Generation Computing
Volume: in press Issue: 2 Pages: 623-657
10.1007/s00354-022-00166-2
Journal of Chemical Technology and Biotechnology
Volume: 97 Issue: 1 Pages: 295-298
10.1002/jctb.6941
Organic and Biomolecular Chemistry
Volume: 19 Issue: 45 Pages: 9860-9866
10.1039/d1ob01621k
ChemBioChem
Volume: 22 Issue: 24 Pages: 3402-3405
10.1002/cbic.202100430
https://www.jaist.ac.jp/whatsnew/info/2021/11/29-1.html
https://www.jaist.ac.jp/whatsnew/info/2021/12/13-2.html
