無細胞タンパク質合成系で動作する人工遺伝子回路の構築

• 研究領域: 動的・多要素な生体分子ネットワークを理解するための合成生物学の基盤構築
• 研究課題/領域番号: 23119007
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 複合領域
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 陶山 明 東京大学, 総合文化研究科, 教授 (90163063)
• 研究分担者: 庄田 耕一郎 東京大学, 大学院総合文化研究科, 助教 (00401216)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 83,460千円 (直接経費: 64,200千円、間接経費: 19,260千円); 2015年度: 11,570千円 (直接経費: 8,900千円、間接経費: 2,670千円); 2014年度: 12,480千円 (直接経費: 9,600千円、間接経費: 2,880千円); 2013年度: 15,080千円 (直接経費: 11,600千円、間接経費: 3,480千円); 2012年度: 22,750千円 (直接経費: 17,500千円、間接経費: 5,250千円); 2011年度: 21,580千円 (直接経費: 16,600千円、間接経費: 4,980千円)
• キーワード: 合成生物学 / 人工遺伝子回路 / 無細胞タンパク質合成系 / 遺伝子ネットワーク / 遺伝子発現制御 / 転写因子 / ベクシル / DNAコンピュータ / ベシクル / バイオテクノロジー / 生体生命情報学 / 遺伝子 / 生命情報学

研究成果の概要

人工遺伝子回路をつくるこれまでの方法は、手間のかかるtrial and errorの過程が必要である。そのことが、人工遺伝子回路を合成生物学で利用するときに障害となっている。そこで、もっと合理的に人工遺伝子回路を設計して構築できる方法を、RTRACSと呼ばれるモジュール化されたDNAコンピュータの枠組みを利用して開発した。この方法を用いて、細胞サイズの小胞に内包した無細胞タンパク質合成系の中に人工遺伝子回路を構築し、動作させることに成功した。小胞の中につくられた回路は、基本的に、標準的な遺伝子組み換え技術を用いて、生細胞の中に組み込むことができる。

研究成果

• [雑誌論文] A method of gentle hydration to prepare oil-free giant unilamellar vesicles that can confine enzymatic reactions (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Shohda, K. Takahashi, and A. Suyama,
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Rep. 巻: 3 ページ: 76-82
  • DOI: 10.1016/j.bbrep.2015.07.005
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A DNA based molecular logic gate capable of a variety of logical operations. (2014)
  • 著者名/発表者名: Kan, A., Sakai, Y., Shohda, K., Suyama, A.
  • 雑誌名: Nat. Comput. 巻: 13 号: 4 ページ: 573-581
  • DOI: 10.1007/s11047-013-9394-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] DNAと個人認証 (2013)
  • 著者名/発表者名: 額田崇志, 陶山明
  • 雑誌名: 化学と教育 巻: 61 ページ: 112-115
  • 査読あり
• [雑誌論文] A DNA-based molecular logic gate capable of a broad class of logical operations. (2012)
  • 著者名/発表者名: Anton I. Kan
  • 雑誌名: LNCS 7433 巻: 7433 ページ: 86-97
  • 査読あり
• [雑誌論文] 人工細胞（原始細胞モデル）の化学的構築 (2012)
  • 著者名/発表者名: 庄田耕一郎
  • 雑誌名: 生物の科学・遺伝 巻: 66 ページ: 365-373
  • NAID: 40019375011
• [雑誌論文] Multiplex cDNA quantification method that facilitates the standardization of gene expression data (2011)
  • 著者名/発表者名: Osamu Gotoh, Yasufumi Murakami, Akira Suyama
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res 巻: 39
  • 査読あり
• [雑誌論文] Compartment size dependence of performance of polymerase chain reaction inside giant vesicles (2011)
  • 著者名/発表者名: Kon-ichiroh Shonda, Mieko Tamura, Yoshiyuki Kageyama, Kentaro Suzuki, Akira Suyama, Tadashi Sugawara
  • 雑誌名: Soft Matter 巻: 7 号: 8 ページ: 3750-3753
  • DOI: 10.1039/c0sm01463j
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stabilization of DNA nanostructures by photo-cross-linking (2011)
  • 著者名/発表者名: Miho Tagawa, Koh-ichiroh Shohda, Kenzo Fujimotoc, Akira Suyama
  • 雑誌名: Soft Matter 巻: 7 号: 22 ページ: 10931-10934
  • DOI: 10.1039/c1sm06303k
  • 査読あり
• [雑誌論文] Self-reproduction of supramolecular giant vesicles combined with the amplification of encapsulated DNA (2011)
  • 著者名/発表者名: Kensuke Kurihara, Mieko Tamura, Koh-ichiroh Shohda, Taro Toyota, Kentaro Suzuki, Tadashi Sugawara
  • 雑誌名: Nature Chemistry 巻: 3 号: 10 ページ: 775-781
  • DOI: 10.1038/nchem.1127
  • 査読あり
• [雑誌論文] DNAコンピューティングの新展開 (2011)
  • 著者名/発表者名: 陶山明
  • 雑誌名: パリティ 巻: 26(9) ページ: 26-31
• [学会発表] Conformational influences of single-strand DNA on hybridization kinetics (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Hata, Akira Suyama
  • 学会等名: The 2015 international Chemical Congress of Pacific Basin Societies
  • 発表場所: ハワイ（アメリカ）
  • 年月日: 2015-12-20
  • 国際学会
• [学会発表] 「Photoligation-based quantitative technology for transcriptome analysis without reverse transcription」 (2015)
  • 著者名/発表者名: 横森真麻，陶山明
  • 学会等名: 環太平洋国際化学会議2015
  • 発表場所: ハワイ（アメリカ）
  • 年月日: 2015-12-19
  • 国際学会
• [学会発表] GUV内で動作する生体分子論理回路の実現に向けて (2015)
  • 著者名/発表者名: 小島敏紘、酒井洋子、陶山明
  • 学会等名: 「細胞を創る」研究会8.0
  • 発表場所: 大阪大学 吹田キャンパス 銀杏会館（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2015-11-12
• [学会発表] ベシクル内の無細胞タンパク質合成系で動作する核酸転写因子を用いた合成遺伝子回路 (2015)
  • 著者名/発表者名: 庄田耕一郎、西片亨、車兪澈、陶山明
  • 学会等名: 無細胞生命科学研究会
  • 発表場所: 理研横浜キャンパス交流棟ホール（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2015-10-13
• [学会発表] 一本鎖核酸の塩基スタッキングの安定性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 畑 宏明、村井亮介、陶山 明
  • 学会等名: 日本物理学会 2015 年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学千里山キャンパス（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2015-09-19
• [学会発表] Development of a DNA computer-based gene-regulatory system confined in a giant unilamellar vesicle for synthetic biology research. (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Shohda, T. Nishikata, Y. Kuruma, A. Suyama
  • 学会等名: 第53回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 金沢大学 角間キャンパス（石川県金沢市）
  • 年月日: 2015-09-15
• [学会発表] Sequence dependence of the stability of single-strand base-stacking (2015)
  • 著者名/発表者名: 村井 亮介、畑 宏明、陶山 明
  • 学会等名: 第53回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 金沢大学 角間キャンパス（石川県金沢市）
  • 年月日: 2015-09-15
• [学会発表] 酵素を用いたDNA反応系によりつくられたXOR演算回路 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小島敏紘、酒井洋子、庄田耕一郎、陶山明
  • 学会等名: 生物物理学会 第53回年会
  • 発表場所: 金沢大学 角間キャンパス（石川県金沢市）
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] Effects of DNA sequence on the performance of logic gate modules (2015)
  • 著者名/発表者名: 小島敏紘、酒井洋子、陶山明
  • 学会等名: 21th International Conference on DNA Computing and Molecular Programming (DNA21)
  • 発表場所: ボストン（アメリカ）
  • 年月日: 2015-08-17
  • 国際学会
• [学会発表] Synthesis and functions of a molecular sensor composed of DNA and lipid molecules (2015)
  • 著者名/発表者名: 庄田耕一郎, 陶山明
  • 学会等名: 日本化学会年会
  • 発表場所: 千葉県船橋市, 日本大学理工学部船橋キャンパス/薬学部
  • 年月日: 2015-03-26
• [学会発表] General in vitro biomolecular computing with networkable modules (2014)
  • 著者名/発表者名: 小島敏紘, 陶山明
  • 学会等名: 「細胞を創る」研究会7.0
  • 発表場所: 東京大学弥生キャンパス 弥生講堂, 東京
  • 年月日: 2014-11-13 – 2014-11-14
• [学会発表] Development of a molecular sensor that works on a liposomal membrane (2014)
  • 著者名/発表者名: 庄田耕一郎, 陶山明
  • 学会等名: CBI学会
  • 発表場所: 東京都, タワーホール船堀
  • 年月日: 2014-10-28
• [学会発表] Control of a DNA computer-based gene-regulatory module confined in a giant unilamellar vesicle by external molecular signal (2014)
  • 著者名/発表者名: 西片享, 長谷川高政, 車兪澈, 庄田耕一郎, 陶山明
  • 学会等名: 日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 北海道札幌市, 札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 2014-09-27
• [学会発表] Development of a molecular sensor for vesicle-based molecular robots (2014)
  • 著者名/発表者名: 庄田耕一郎, 陶山明
  • 学会等名: 日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 北海道札幌市, 札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 2014-09-26
• [学会発表] Experimental validation of the connectability of RTRACS modules (2014)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Kojima, Koh-ichiroh Shohda, Akira Suyama
  • 学会等名: 20th International Conference on DNA Computing and Molecular Programming (DNA20)
  • 発表場所: The Shiran Hall, Kyoto University.
  • 年月日: 2014-09-22 – 2014-09-26
• [学会発表] Control of input RNA synthesis for gene expression regulation in GUV by external signal molecules (2014)
  • 著者名/発表者名: Toru Nishikata, Koh-ichiroh Shohda, Yutetsu. Kuruma, Akira Suyama
  • 学会等名: 20th International Conference on DNA Computing and Molecular Programming (DNA20)
  • 発表場所: The Shiran Hall, Kyoto University.
  • 年月日: 2014-09-22 – 2014-09-26
• [学会発表] Numerical simulation of dynamic AND gate module (2014)
  • 著者名/発表者名: Takashi Nukada, Koh-ichiroh Shohda, Akira Suyama
  • 学会等名: 20th International Conference on DNA Computing and Molecular Programming (DNA20)
  • 発表場所: The Shiran Hall, Kyoto University.
  • 年月日: 2014-09-22 – 2014-09-26
• [学会発表] Direct measurement of gene expression without reverse transcription using universal microarray (2014)
  • 著者名/発表者名: 横森真麻，後藤理，陶山明.
  • 学会等名: 東京大学 生命科学シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学, 東京.
  • 年月日: 2014-04-26
• [学会発表] DNAー脂質複合型分子センサーの合成 (2014)
  • 著者名/発表者名: 庄田耕一郎, 陶山明
  • 学会等名: 日本化学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学・千種キャンパス（名古屋市
• [学会発表] Microarray-based determination of the absolute amounts of messenger RNA without reverse transcription. (2014)
  • 著者名/発表者名: Maasa Yokomori, Osamu Gotoh, Akira Suyama
  • 学会等名: Advances in microarray technology
  • 発表場所: Berlin, Germany
• [学会発表] Quantitative characterization of DNA secondary structure (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Hata, Akira Suyama
  • 学会等名: Advances in microarray technology
  • 発表場所: Berlin, Germany
• [学会発表] Microarray-based RNA quantification method for determining the absolute amounts of mRNAs without reverse transcription processes. (2013)
  • 著者名/発表者名: Maasa Yokomori, Osamu Gotoh , Akira Suyama
  • 学会等名: 日本分子生物学会
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド
• [学会発表] Effects of fleeting secondary structures on DNA hybridization kinetics. (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Hata, Akira Suyama
  • 学会等名: 日本分子生物学会
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド
• [学会発表] Development of molecular sensor device on a vesicle-based artificial cell model (2013)
  • 著者名/発表者名: 庄田耕一郎, 陶山明
  • 学会等名: 細胞を作る研究会6.0
  • 発表場所: 慶應義塾大学先端生命科学研究所（山形県鶴岡市）
• [学会発表] Photo-DEAN法を用いたベシクル内RNAの絶対量解析法 (2013)
  • 著者名/発表者名: 嶺岸和城, 庄田耕一郎, 酒井洋子, 陶山明
  • 学会等名: 細胞を作る研究会6.0
  • 発表場所: 慶應義塾大学先端生命科学研究所（山形県鶴岡市）
• [学会発表] DNA computer-based rational construction of artificial genetic circuits in cell model vesicles containing cell-free protein synthesis system. (2013)
  • 著者名/発表者名: Takamasa Hasegawa, Koh-ichiroh Shohda, Akira Suyama
  • 学会等名: CBI学会
  • 発表場所: タワーホール船堀(東京）
• [学会発表] Dynamic biomolecular computing system for artificial genetic network. (2013)
  • 著者名/発表者名: Takashi Nukada, Koh-ichiroh Shohda, Akira Suyama
  • 学会等名: CBI学会
  • 発表場所: タワーホール船堀(東京）
• [学会発表] Highly parallel and sensitive method for analyzing (2013)
  • 著者名/発表者名: aasa Yokomori, Osamu Gotoh, Akira Suyama
  • 学会等名: CBI学会
  • 発表場所: タワーホール船堀(東京）
• [学会発表] Development of molecular sensor that delivers environmental information to inside of liposome-based molecular robots (2013)
  • 著者名/発表者名: 庄田耕一郎, 陶山明
  • 学会等名: 日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都市）
• [学会発表] DNA computer-based rational construction of artificial genetic circuits in cell model vesicles containing cell-free protein synthesis system. (2013)
  • 著者名/発表者名: 長谷川高政, 庄田耕一郎, 陶山明
  • 学会等名: 日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都市）
• [学会発表] Dynamic biomolecular computing system for artificial genetic network. (2013)
  • 著者名/発表者名: 額田崇志, 庄田耕一郎, 陶山明
  • 学会等名: 日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都市）
• [学会発表] DNA computer-controlled gene expression in a cell model vesicle. (2013)
  • 著者名/発表者名: Takamasa Hasegawa, Koh-ichiroh Shohda, Akira Suyama
  • 学会等名: DNA19
  • 発表場所: Arizona State University, USA
• [学会発表] Dynamic AND gate module for RTRACS. (2013)
  • 著者名/発表者名: Takashi Nukada, Koh-ichiroh Shohda, Akira Suyama
  • 学会等名: DNA19
  • 発表場所: Arizona State University, USA
• [学会発表] Secondary structure effects on hybridization kinetics (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Hata, Akira Suyama
  • 学会等名: DNA19
  • 発表場所: Arizona State University, USA
• [学会発表] A protocell model based on liposome. (2012)
  • 著者名/発表者名: Koh-ichiroh Shohda
  • 学会等名: 定量生物学の会第五回年会
  • 発表場所: 東京大学（東京都、目黒区）
  • 年月日: 2012-11-23
• [学会発表] Quantitative Analysis of DNA Microarray Hybridization Kinetics. (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Hata
  • 学会等名: 定量生物学の会第五回年会
  • 発表場所: 東京大学（東京都、目黒区）
  • 年月日: 2012-11-23
• [学会発表] A multiplex and sensitive RNA quanti#64257;cation method for determining the absolute amounts of mRNAs without reverse transcription processes. (2012)
  • 著者名/発表者名: Maasa Yokomori
  • 学会等名: 定量生物学の会第五回年会
  • 発表場所: 東京大学（東京都、目黒区）
  • 年月日: 2012-11-22
• [学会発表] 生体分子反応システムを封入したオイルフリーGUV (2012)
  • 著者名/発表者名: 庄田耕一郎
  • 学会等名: 「細胞を創る」研究会5.0
  • 発表場所: 東京工業大学（神奈川県、横浜市）.
  • 年月日: 2012-11-21
• [学会発表] Artificial Vesicles with Molecular Computers Working Inside. (2012)
  • 著者名/発表者名: Akira Suyama
  • 学会等名: SAINT SEMINAR, SKKU Advanced Institute of Nanotechnology
  • 発表場所: Swan, Korea.
  • 年月日: 2012-11-08
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular computing system RTRACS encapsulated in oil-free giant unilamellar vesicle. (2012)
  • 著者名/発表者名: Koh-ichiroh Shohda
  • 学会等名: 日本生物物理学会
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県、名古屋市）
  • 年月日: 2012-09-23
• [学会発表] Genome and transcriptome analysis using code words for DNA computing. (2012)
  • 著者名/発表者名: Maasa Yokomori
  • 学会等名: The 18th International Conference on DNA Computing and Molecular Programming
  • 発表場所: Univ. of Aarhus（Aarhus, Denmark）
  • 年月日: 2012-08-16
• [学会発表] A DNA-based molecular logic gate capable of a variety of logical operations. (2012)
  • 著者名/発表者名: Anton Kan
  • 学会等名: The 18th International Conference on DNA Computing and Molecular Programming
  • 発表場所: Univ. of Aarhus（Aarhus, Denmark）
  • 年月日: 2012-08-16
• [学会発表] Giant unilamellar vesicle preparation under physiological conditions (2011)
  • 著者名/発表者名: Kei Takahashi, Koh-ichiroh Shohda, Akira Suyama
  • 学会等名: 日本分子生物学会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2011-12-13
• [学会発表] A multiplex quantification method for RNA expressions without reverse transcription processes (2011)
  • 著者名/発表者名: Maasa Yokomori, Koh-ichiroh Shohda, Akira Suyama
  • 学会等名: 日本分子生物学会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2011-12-13
• [学会発表] An artificial cistron regulated by nucleic acid-nucleic acid interactions that facilitates rational construction of genetic networks (2011)
  • 著者名/発表者名: Takashi Nukada, Naofumi Ishikawa, Koh-ichiroh Shohda
  • 学会等名: 日本分子生物学会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2011-12-13
• [学会発表] 無細胞タンパク質合成系を利用した人工遺伝子回路の合理的な構築 (2011)
  • 著者名/発表者名: 陶山明
  • 学会等名: 生物工学会
  • 発表場所: 東京農工大学(招待講演)
  • 年月日: 2011-09-28
• [学会発表] Dynamic expression regulation of an artificial cistron that facilitates rational construction of genetic networks (2011)
  • 著者名/発表者名: Takashi Nukada, Naofumi Ishikawa, Koh-ichiroh Shohda
  • 学会等名: 日本生物物理学会
  • 発表場所: 兵庫県立大学
  • 年月日: 2011-09-18
• [学会発表] Giant unilamellar vesicles preparation in the presence of both mono- and di-valent metal ions (2011)
  • 著者名/発表者名: Kei Takahashi, Koh-ichiroh Shohda, Akira Suyama
  • 学会等名: 日本生物物理学会
  • 発表場所: 兵庫県立大学
  • 年月日: 2011-09-17
• [学会発表] Behavior of molecular computing system RTRACS in the cell-sized liposome (2011)
  • 著者名/発表者名: Koh-ichiroh Shohda, Tadashi Sugawara, Akira Suyama
  • 学会等名: 日本生物物理学会
  • 発表場所: 兵庫県立大学
  • 年月日: 2011-09-17
• [図書] 進化分子工学─高速分子進化によるタンパク質・核酸の開発─(伏見譲 編) (2013)
  • 著者名/発表者名: 額田崇志, 陶山明
  • 出版者: エヌ・ティー・エス (東京)
• [備考] 東京大学 大学院総合文化研究科 陶山研究室
• [備考] 東京大学 大学院総合文化研究科 陶山研究室
  • URL: http://dna.c.u-tokyo.ac.jp/