2017 Fiscal Year Annual Research Report
Theory and Experimental Setup for Set based Model Identification of Genetic Circuits using Frequency Response
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16H07175
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
堀 豊 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 助教 (10778591)
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| Project Period (FY) |
2016-08-26 – 2018-03-31
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| Keywords | 制御工学 / システム同定 / マイクロ流路 / 遺伝子回路 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，遺伝子回路のダイナミクスを系統的に数理モデル化するために必要なシステム論的な同定理論と実験系の構築を目標とする．特に，計測データの少なさや反応の確率ゆらぎなどの「不確かさ」を定量的に扱うための集合同定理論と，反応系の入出力応答データの取得に必要なマイクロ流路実験系を構築し実証実験を行う．
本年度は，まず，昨年度までに基礎理論の検討を行った遺伝子回路のパラメタ集合同定法が，負帰還や非線形性を含む実用的な遺伝子回路に対してどの程度有用であるかを，数値実験を通して検討した．当初，データと整合するすべてのパラメタの集合を求めるアルゴリズムとして集合同定法を構築したが，同手法を応用することで，所与の設計制約を満たすパラメタ集合を求める問題を効率的に解けることが明らかになったため，当初の計画よりも発展的な遺伝子回路の設計問題や感度解析問題の構築も行うことができた．
また，昨年度構築した計算機で制御可能なマイクロリアクタを用いて，遺伝子回路に周期的な入力を与えるための計算機プログラムおよび計測系を構築し，蛍光試薬を用いてリアクタ内の物質濃度を周期的に変化させられることを実証した．最後に，無細胞タンパク質合成系と遺伝子回路を用いて同様の実験を行い，上記理論の検証を行う予定であったが，リアクタに入力する溶液の厳密な温度制御や高価な入力溶液のデッドボリュームを小さくする装置上の工夫が難航したため，予定していた検証を完了するには至らなかった．そこで，今後はまず，タンパク質合成を伴わない簡易なDNA反応系を用いて検証実験を行い，本研究課題で構築した理論と実験系が不確かさを伴うDNA反応系のモデリングに有用であることを示す予定である．
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| Research Progress Status |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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