マイクロシステムにおける分子計算の研究

• 研究課題/領域番号: 11F01720
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 外国
• 研究分野: マイクロ・ナノデバイス
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 藤井 輝夫 東京大学, 生産技術研究所, 教授
• 研究分担者: GENOT Anthony 東京大学, 生産技術研究所, 外国人特別研究員 ; GENOT Anthony 東京大学, 生産技術研究所, 外国人特別研究員
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 1,400千円 (直接経費: 1,400千円); 2013年度: 600千円 (直接経費: 600千円); 2012年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
• キーワード: 分子計算 / マイクロ流体デバイス / 人工遺伝子反応系 / 合成DNA / 液滴反応系 / 小数効果

研究概要

本研究では、合成DNAを用いて反応ネットワークを構成し、これをマイクロ流体システムと組み合わせることによって、動的な入出力に対応可能な新しい分子計算の可能性を示すことを目的とする。従来の分子コンピュータは、与えられた入力(=分子)に対して一連の反応操作を行うことにより、静的な計算結果を得るものであるのに対して、研究代表者のグループでは近年、合成DNAを設計し、これを複数の酵素と組み合わせることにより時間領域で振動する反応系を実現している。このような反応系を用いることによって、動的に変化する入力に対して、これに対応して動的に処理を行う分子コンピュータの概念を考えることができる。これにより、生体の動的なシグナルに対応する出力を計算することが可能になるため、たとえば投薬を支援するシステムなどへの医療応用を考えることができる。最終年度である平成25年度は、昨年度までに確立した液滴を用いる反応システムについて、反応条件の最適化を進めた。反応体積をさらに微小化することによって、平均的な濃度依存の現象ではなく、個々の分子の振るまいによる少数効果を見出すことを目的としているが、9月の時点では、そのような結果を得るには至っていない。

今後の研究の推進方策

(抄録なし)

研究成果

• [雑誌論文] In vitro Regulatory Models for Systems Biology (2013)
  • 著者名/発表者名: Genot, A, Fujii, T, Rondelez, Y.
  • 雑誌名: Biotechnology Advances 巻: 31 ページ: 789-796
  • 査読あり
• [雑誌論文] Scaling down DNA Circuits with Competitive Neural Networks (2013)
  • 著者名/発表者名: Genot, A., Fujii, T., Rondelez, Y.
  • 雑誌名: Journal of the Royal Society Interface 巻: 10 ページ: 20130212-20130212
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-throughput and Long-term Observation of Compartmentalized Bioc hemical Oscillators (2013)
  • 著者名/発表者名: Hasatani, K., Loecmach, M., Estevez-Torres, A., Fujii, T., Rondelez, Y.
  • 雑誌名: Chemical Communication 巻: 49 号: 73 ページ: 8090-8092
  • DOI: 10.1039/c3cc44323j
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Microfluidic Device for On-chip Agarose Microbead Generation with Ultralow Reagent Consumption (2012)
  • 著者名/発表者名: Desbois, L, Padirac, A., Kaneda, S., Genot, A., Rondelez, Y., Hober, D., Collard, D., and Fujii, T.
  • 雑誌名: Biomicrofluidics 巻: 6 号: 4 ページ: 44101-44101
  • DOI: 10.1063/1.4758460
  • 査読あり
• [雑誌論文] Computing with Competition in Biochemical Networks (2012)
  • 著者名/発表者名: Genot, A., Fujii, T., and Rondelez, Y.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 109 号: 20 ページ: 208102-208102
  • DOI: 10.1103/physrevlett.109.208102
  • 査読あり
• [学会発表] An in-vitro Toolbox to Model Gene Regulatory Networks (2012)
  • 著者名/発表者名: Genot, A., Fujii, T., and Rondelez, Y.
  • 学会等名: International Biotechnology Symposium
  • 発表場所: Daegu, Korea(招待講演)
  • 年月日: 2012-09-18
• [学会発表] Building and programing at the nanoscale with DNA (2012)
  • 著者名/発表者名: Genot, A
  • 学会等名: GDR Micro/Nano Systems and Fluidics
  • 発表場所: Bordeaux, France
  • 年月日: 2012-07-02
• [学会発表] Molecular computations with competitive neural networks that exploit linear and nonlinear kinetics (2012)
  • 著者名/発表者名: Genot, A., Fujii, T., and Rondelez, Y.
  • 学会等名: Turing-100, The Alan Turing Centenary
  • 発表場所: Manchester, UK
  • 年月日: 2012-06-24
• [学会発表] Programming matter(s) : from Turing to Kilby and back to E. Coli (2012)
  • 著者名/発表者名: Genot, A., Bath, J., Fujii, T., Rondelez, Y., and Tuberfield, A.
  • 学会等名: 9th Annual Conference on the Foundations of Nanoscience(FNANO 2012)
  • 発表場所: Snowbird, Utah, USA(招待講演)
  • 年月日: 2012-04-18