• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

論理モデルによる構造探索を併用した多要素人工遺伝子回路の効率的設計方法の開発

Publicly Offered Research

Project AreaSynthetic biology for the comprehension of biomolecular networks
Project/Area Number 26119713
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Complex systems
Research InstitutionYamaguchi University

Principal Investigator

松野 浩嗣  山口大学, 理工学研究科, 教授 (10181744)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2016-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2015)
Budget Amount *help
¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
Fiscal Year 2015: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2014: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Keywords合成生物学 / 人工遺伝子回路 / 論理モデル / 動的モデル / 相平面解析
Outline of Annual Research Achievements

動的・多要素な人工遺伝子回路を設計するため、ブーリアン・ネットワーク(BN)による論理表現で「多要素」な構造を確定した後に、これを微分方程式(ODE)系で表し、相平面解析などの「動的」解析によりパラメータを決定する手法を開発することが目的であるが、そのためには、遺伝子回路のBNの挙動と、そのODE表現の挙動が一致している必要がある。
本研究では、まずGardnerらの2変数遺伝子トグルスイッチについて、そのBNモデルの状態推移挙動とODEモデルによる相平面上の軌跡挙動の一致を表現するため、必要な数学的定式化を行い、相平面上の不安定定常状態を基点にして2変数それぞれの閾値をとることにより、それらの挙動の対応付けができることを示した。次に、この2変数での定式化を基に3変数拡張を行い、3変数遺伝子トグルスイッチモデルのBNモデルとODEモデルを構成し、3変数の場合も、2変数の場合の挙動と同様な挙動の対応関係となることを示した。2変数BNモデルは2つのNOT回路による相互抑制で表現され、3変数BNモデルは3つのNOR回路の三つ巴の抑制で表現される。3変数遺伝子振動回路についても、BNモデルとODEモデルの挙動の対応関係を示したが、これは3つのNOT回路の三つ巴抑制で表現できる。
大腸菌内に実際の3変数遺伝子トグルスイッチをつくるため、低コピープラスミドの設計をおこなった。ベクター上には3つのセグメントがあり、各セグメントはプロモータ、2つの異なるオペレータ、リプレッサー遺伝子、及びリポーター遺伝子により構成されており、オペレータのどちらか一方がONのときにリプレッサー遺伝子とリポーター遺伝子が発現する。このセグメントの動作は、NOR回路に対応する。NORの組合せにより任意の論理関数を構成できることはよく知られているので、このセグメントの組合せで様々な動作をする遺伝子回路を実現できる可能性がある。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2015 Annual Research Report
  • 2014 Annual Research Report
  • Research Products

    (6 results)

All 2016 2015 2014 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Int'l Joint Research] ブランデンブルグ工科大学(ドイツ)

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Journal Article] Extension of artificial genetic circuits with mathematical analysis2015

    • Author(s)
      M. Sugii, H. Matsuno
    • Journal Title

      Proc. The 30th International Technical Conference on Circuit/Systems Computers and Communications

      Volume: (CD-ROM) Pages: 230-233

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Extension of Genetic Toggle Switch from 2 to 3-variable with Mathematical Formalization2016

    • Author(s)
      M. Sugii, H. Mori, H. Matsuno
    • Organizer
      The Fourteenth Asia Pacific Bioinformatics Conference
    • Place of Presentation
      サンフランシスコ(アメリカ合衆国)
    • Year and Date
      2016-01-11
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Behavior Analyses on Boolean and ODE models for the Design of Artificial Genetic Flipflop Circuits2015

    • Author(s)
      M. Sugii, M. Kubota, H. Matsuno
    • Organizer
      International Conference on Systems Biology
    • Place of Presentation
      シンガポール(シンガポール)
    • Year and Date
      2015-11-23
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Extension of Genetic Toggle Switch with a Mathematical Analysis2014

    • Author(s)
      Manabu Sugii, Hiroshi Matsuno
    • Organizer
      German Conference on BIoinformatics 2014
    • Place of Presentation
      ドイツ、ビーレフェルド
    • Year and Date
      2014-09-29 – 2014-10-01
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] A Mathematical Analysis of the Behavior of Genetic Toggle Switch2014

    • Author(s)
      Manabu Sugii, Keisuke Kawano, Adrien Faure, Hiroshi Matsuno
    • Organizer
      The 29th International Technical Conference on Circuit/Systems Computers and Communications
    • Place of Presentation
      タイ、プーケット
    • Year and Date
      2014-07-01 – 2014-07-04
    • Related Report
      2014 Annual Research Report

URL: 

Published: 2014-04-04   Modified: 2022-02-16  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi