2020 Fiscal Year Annual Research Report
Single Molecule Analysis of Modified Nucleotides Using Quantum DNA Sequencer
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19K22244
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
山東 信介 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (20346084)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2021-03-31
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| Keywords | 量子シークエンサー / DNA / 配列解析 / 1分子計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
量子シークエンサーは、DNA/RNAの1分子配列解析を可能にする次々世代シークエンサーとして、その実現が期待されている。本研究では、核酸塩基の化学的特性と量子トンネル効果の学術的理解から、特定修飾塩基のトンネル電流値の特徴を変化させ、その識別を可能にする分子技術の開拓を目指している。昨年度は、修飾核酸塩基5-formyl-dUを検出対象とし、o-フェニレンジアミンとの選択的反応でHOMOレベルの異なるbenzimidazole構造が定量的に形成され、優位に高いトンネル電流を引き起こすことを見出した。この結果は、本研究課題が目的とする「修飾塩基特異的分子変換反応」による修飾塩基特異的な量子トンネル電流の制御を実証するものである。最終年度にかけては、HOMOレベル以外のファクターにも注目して研究を進めた。実際には、現在まで着目してきたHOMO軌道準位に加えて、金電極と官能基との相互作用に着目した。金電極と強く相互作用することが知られているエチニル基、シアノ基、アミノ基を5位に導入したdU誘導体を用いて評価を行い、エチニル基が有意に異なるトンネル電流特性を持つことを見出した。この結果は、エチニル基と金電極との特徴的な相互作用に起因するものであると考えられ、エチニル基を有する修飾核酸の選択的検出の可能性を示すものである。まt、トンネル電流値の大きさに加えて、その分散にも着目し、2変数を利用した機械学習との組み合わせにより塩基識別精度を向上させることを目指し、これを実証した。
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