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分子計算系の進化的計算手法を用いた設計に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 11J09247
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 生体生命情報学
研究機関東京大学

研究代表者

川又 生吹  東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 特別研究員(DC1)

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 *注記
1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
2013年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
2012年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
2011年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
キーワード分子ロボティクス / 自動設計 / DNAハイドロゲル / ゲルゾル相転移 / 分子計算 / グラフ抽象化 / シミュレーション効率化 / RNAi / ハイドロゲル / 分子計算系 / DNAオートマトン / RNA interference
研究概要

本研究の目的である分子計算系として, 当初はすべてのDNAが一様に混ざっている均質系のみを対象にしていた. しかし均質系ではDNAを使った化学反応の時間発展を設計することはできるが, 空間的なパターンを持たせることは難しい. そこで当該年度では, 均質系に比べてより複雑な拡散反応系についての調査および予備実験を行った. 具体的にはDNA架橋したポリアクリルアミドゲルを設計し, DNAのハイブリダイゼーション反応によって相転移を行う実験を行った. またゲルとゾルの区別を行う観察方法として, 蛍光マイクロビーズのブラウン運動を評価する手法を用いた. 予備実験の成果として, 人手によって設計された化学反応による架橋点の作成または分解を行い, 時空間的なゾル化や, 時間的なゲル化を行うことに成功した.
研究の目的の一つとして複雑な系の設計を挙げたが, DNA化学反応により時空間発展を行う系は, そのような設計の対象になると考えられる. また当初は人工遺伝子回路の自動設計を行う計画であったが, 文献調査の結果, 着眼点は異なるものの先行研究と呼べる研究がすでに存在することが分かった. 一方で, DNA化学反応を使った時空間的に発展する拡散反応系の自動設計は新規性のある分野だと言える. シミュレータの作成や系の自動設計を行うには至らなかったが, 新規性のある複雑な系を提案するという成果を得られた. この成果はCBI学会での「Excellent Poster Award」の受賞, FNANOと呼ばれる国際会議での口頭発表に採択されるなどの評価を得た.
今後はこれまでに作成した均質系の数理モデルを基に拡散反応系のシミュレータを作成し, DNA化学反応によって駆動する反応場の自動設計へと, 本提案手法が応用できると考えられる. 将来的にはDNA化学反応による時空間的なパターン形成や物質輸送, ゲルを使った流体デバイスのフロー制御, ゲルゾル相転移による薬剤の放出などの応用に貢献できると期待される.

今後の研究の推進方策

(抄録なし)

報告書

(3件)
  • 2013 実績報告書
  • 2012 実績報告書
  • 2011 実績報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2013 2012 2011

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (9件)

  • [雑誌論文] Towards Co-evolution of Information, Life and Artificial Life, Natural Computing and Beyond2013

    • 著者名/発表者名
      Masami Hagiya, Ibuki Kawamata
    • 雑誌名

      Proceedings in Information and Communications

      巻: 6 ページ: 39-48

    • DOI

      10.1007/978-4-431-54394-7_4

    • ISBN
      9784431543930, 9784431543947
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Abstraction of Graph-Based Models of Bio-Molecular Reaction Systems for Efficient Simulation2012

    • 著者名/発表者名
      Ibuki Kawamata, Nathanael Aubert, Masahiro Hamano, Masami Hagiya
    • 雑誌名

      Lecture Notes in Bioinformatics

      巻: 7605 ページ: 187-206

    • DOI

      10.1007/978-3-642-33636-2_12

    • ISBN
      9783642336355, 9783642336362
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Toward Spatial and Temporal Gel-Sol Transition of Hydrogel Driven by DNA Hybridization Reaction2013

    • 著者名/発表者名
      川又生吹
    • 学会等名
      CBI学会
    • 発表場所
      タワーホール船堀, 東京
    • 年月日
      2013-10-29
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Toward Gel-sol Transition of Hydrogel Driven by DNA Devices2013

    • 著者名/発表者名
      Ibuki Kawamata
    • 学会等名
      DNA19
    • 発表場所
      Tempe, Arizona
    • 年月日
      2013-09-24
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 化学反応系の複雑さと分子ロボットの知能2012

    • 著者名/発表者名
      川又 生吹
    • 学会等名
      人工知能学会合同研究会第51回分子生物情報研究会
    • 発表場所
      日吉キャンパス来往舎,神奈川
    • 年月日
      2012-11-15
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Abstraction of Graph-Based Models of Bio-Molecular Reaction Systems for Efficient Simulation2012

    • 著者名/発表者名
      Ibuki Kawamata
    • 学会等名
      The 10th Conference on Computational Methods in Systems Biology
    • 発表場所
      tondon, United Kingdom
    • 年月日
      2012-10-04
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Efficiency and Exactness of Simulations by Abstracting Graph Models for DNA and RNA Reaction Systems2012

    • 著者名/発表者名
      Ibuki Kawamata
    • 学会等名
      The 18th International Meeting on DNA Computing and Molecular Programming
    • 発表場所
      Aarhus, Denmark
    • 年月日
      2012-08-14
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Analyzing Computational Complexity of RNA Interference by Abstraction2012

    • 著者名/発表者名
      Ibuki Kawamata
    • 学会等名
      6th International Workshop on Natural Computing
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2012-03-30
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Experimental Validation of Automatically Designed DNA Automaton2011

    • 著者名/発表者名
      Ibuki Kawamata
    • 学会等名
      The 17th International Meeting on DNA computing and Molecular Programming
    • 発表場所
      Pasadena, USA
    • 年月日
      2011-09-20
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] straction of DNA Graph Structures for Efficient Enumeration and Simulation2011

    • 著者名/発表者名
      Ibuki Kawamata
    • 学会等名
      Parallel and Distributed Processing Techniques and Applications
    • 発表場所
      Las Vegas, USA
    • 年月日
      2011-07-18
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 分子反応系の自動設計およびDNAのモデリング2011

    • 著者名/発表者名
      川又生吹
    • 学会等名
      人工知能学会
    • 発表場所
      盛岡,岩手県
    • 年月日
      2011-06-01
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書

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公開日: 2011-12-12   更新日: 2024-03-26  

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