| Project/Area Number |
22K06195
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 43060:System genome science-related
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
堀之内 貴明 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 主任研究員 (60610988)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
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| Keywords | DIY / 実験自動化 / バイオDX / 分子進化工学 / ロボットアーム / OT-2 / 機械学習 / ラボオートメーション |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は、データ駆動型・AI駆動型科学のためのキーテクノロジーであるラボオートメーションを多くの研究者によって利用可能とするために、簡易型ロボットやDIYを駆使して安価な実験自動化システムを構築する。このシステムを用いたAI駆動型研究の実証例として、タンパク質機能改変を、人間の手と頭ではなくラボオートメーションとAIによって実施する。構築したシステムの設計図面、ソースコードなどの情報をwebで広く公開することにより、ラボオートメーションの普及、さらにはバイオDXによるライフサイエンス研究の加速に対してボトムアップアプローチにより貢献することを目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、安価な実験室自動化システムの構築によるラボオートメーションの普及と研究開発の加速への貢献を目的とし、そのPoCとしてロボットAI駆動のタンパク質機能改変を行う。具体的にはSaito et al., 2018 (doi.org/10.1021/acssynbio.8b00155)をベースとし、蛍光タンパク質GFPの蛍光を黄色へと変化させるような機能改変を行う。研究を以下の3つの小課題「① 変異導入とセレクションによるタンパク質機能改変系の構築」、「② DIYロボティクスによるタンパク質機能改変実験の自動化」、「③ DIYロボティクスとAIによる自律的タンパク質機能改変」に分け、順次執り行っている。
本年度は小課題②と③を並行して進めた。小課題②について、前年度に進めていたマイクロプレートを把持するための治具の製作と、搬送精度の評価系の構築と評価試験の結果について、英語論文としてとりまとめ、プレプリントサーバーにて公開するとともに、英文専門誌に投稿した（現在査読中）。半自動分注機と周辺機器との間の外部制御の試作を行ったが、一部周辺機器の不具合により結合テストを繰り延べることにした。小課題③について、Saito et al., 2018にて公開されている変異導入用プライマー配列を用いて変異体ライブラリの構築や評価実験を行うとともに、ベイズモデルの探索空間の更新のために、ベイズ最適化モジュールと分注ロボットモジュールの間でデータ連携を行う方法について検討した。検討の結果、物質・材料研究機構にて開発された自律自動実験のための汎用ソフトウェアNIMS-OS（Tamura et al., 2023）を適用することとした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
小課題②は本年度に完了予定であったが、一部周辺機器の不具合によって結合テストを繰り延べにせざるを得なかった。一方、その間に小課題③について検討を進め、データ連携用のオープンソースソフトウェアが適用可能であることが判明した。
以上により、進め方を一部計画変更しているものの、全体の進捗としては十分であることから、おおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は引き続き小課題②と③を行う。②の自動化実装が完了次第すみやかに分注ロボットによるデータ取得を行う。得られたデータをベイズ最適化モジュールによって処理し、探索範囲を更新して再度実験を行うという自律実験を行う。また、これらの成果や実装したデバイス等の公表を進める。
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