2015 Fiscal Year Annual Research Report
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 Area | Synthetic biology for the comprehension of biomolecular networks |
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| Project/Area Number |
26119713
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
松野 浩嗣 山口大学, 理工学研究科, 教授 (10181744)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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| 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 |
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| 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。
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| Research Progress Status |
27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 |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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