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Natural selection driven structure building in a tunable DNA-only system

研究課題

研究課題/領域番号 17K00399
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 生命・健康・医療情報学
研究機関お茶の水女子大学

研究代表者

オベル加藤 ナタナエル  お茶の水女子大学, 基幹研究院, 講師 (10749659)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2019年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2018年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワードDNA Nanostructures / Molecular Robotics / Quality-Diversity / Robustness to failure / Stochastic Simulations / CRN / Evolvability / Origins of Life / DNA nanostructures / Liquid-handling robot
研究成果の概要

本研究では化学反応ネットワークを使用することで、限られた鎖で大きな構造体を実装し、単一のターゲット構造体ではなくより多くの種類の構造体群を生成できることを明らかにした。目的は構造体群へと折り畳むことができるDNA鎖を設計し、評価するためのフレームワークを実装することである。3つの異なる特性を持つDNA鎖のライブラリの評価を行なって、そのライブラリにおけるDNA鎖の集合からできた典型的な構造体の分析をすることで、その一般的な特性についての見解を得ることができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

最終的に構造体の設計者を支援する設計規則を示し、構造体の開発コストを削減することを目指す。特に、これらの結果から、ある程度の複雑性を持たせるには、一定数のドメインタイプが必要であると考えられる。また、フレームワークのコードをオープンソースプロジェクトとしてシェアした。

報告書

(6件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2021 2020 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 6件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 8件)

  • [国際共同研究] CIBIO, University of Trento(イタリア)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Automated exploration of DNA-based structure self-assembly networks2021

    • 著者名/発表者名
      Cazenille L.、Baccouche A.、Aubert-Kato N.
    • 雑誌名

      Royal Society Open Science

      巻: 8 号: 10

    • DOI

      10.1098/rsos.210848

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Emergence of structures from parasitic species in a spatially distributed molecular system2021

    • 著者名/発表者名
      Aubert-Kato Nathanael、Gines Guillaume、Fujii Teruo、Rondelez Yannick
    • 雑誌名

      ALIFE 2021: The 2021 Conference on Artificial Life

      巻: 2021

    • DOI

      10.1162/isal_a_00454

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Designing Controllers for Molecular Robots with the PEN DNA Toolbox2019

    • 著者名/発表者名
      Aubert-Kato Nathanael, Hagiya Masami
    • 雑誌名

      計測と制御

      巻: 58 号: 4 ページ: 270-275

    • DOI

      10.11499/sicejl.58.270

    • NAID

      130007632981

    • ISSN
      0453-4662, 1883-8170
    • 年月日
      2019-04-10
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Surrogate-Assisted Optimization of the Opt-IA Artificial Immune System Algorithm2019

    • 著者名/発表者名
      Sakanaka Yuko、Aubert-Kato Nathanael
    • 雑誌名

      2019 IEEE Symposium Series on Computational Intelligence (SSCI)

      巻: 2019 ページ: 1937-1944

    • DOI

      10.1109/ssci44817.2019.9002901

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Exploring Self-Assembling Behaviors in a Swarm of Bio-micro-robots using Surrogate-Assisted MAP-Elites2019

    • 著者名/発表者名
      Cazenille Leo、Bredeche Nicolas、Aubert-Kato Nathanael
    • 雑誌名

      2019 IEEE Symposium Series on Computational Intelligence (SSCI)

      巻: 2019 ページ: 238-246

    • DOI

      10.1109/ssci44817.2019.9003047

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Using map-elites to optimize self-assembling behaviors in a swarm of bio-micro-robots2019

    • 著者名/発表者名
      Cazenille Leo、Bredeche Nicolas、Aubert-Kato Nathanael
    • 雑誌名

      SWARM 2019

      巻: 2019 ページ: 845594-845594

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A reservoir computing approach for molecular computing2018

    • 著者名/発表者名
      Yahiro Wataru, Aubert-Kato Nathanael, Hagiya Masami
    • 雑誌名

      Proceedings of ALIFE 2018: The 2018 Conference on Artificial Life

      巻: 30 ページ: 31-38

    • DOI

      10.1162/isal_a_00013

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Emergence of structures from parasitic species in a spatially distributed molecular system2021

    • 著者名/発表者名
      Aubert-Kato Nathanael、Gines Guillaume、Fujii Teruo、Rondelez Yannick
    • 学会等名
      ALIFE 2021: The 2021 Conference on Artificial Life
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Automated exploration of DNA-structures-building CRNs2020

    • 著者名/発表者名
      Leo Cazenille, Alexandre Baccouche, Nathanael Aubert-Kato
    • 学会等名
      26th international conference on DNA computing and molecular programming
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Automated exploration of CRN generating DNA structures2020

    • 著者名/発表者名
      Nathanael Aubert-Kato
    • 学会等名
      CBI学会2020
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] Surrogate-Assisted Optimization of the Opt-IA Artificial Immune System Algorithm2019

    • 著者名/発表者名
      Sakanaka Yuko、Aubert-Kato Nathanael
    • 学会等名
      2019 IEEE Symposium Series on Computational Intelligence (SSCI)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Exploring Self-Assembling Behaviors in a Swarm of Bio-micro-robots using Surrogate-Assisted MAP-Elites2019

    • 著者名/発表者名
      Cazenille Leo、Bredeche Nicolas、Aubert-Kato Nathanael
    • 学会等名
      2019 IEEE Symposium Series on Computational Intelligence (SSCI)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Using map-elites to optimize self-assembling behaviors in a swarm of bio-micro-robots2019

    • 著者名/発表者名
      Cazenille Leo、Bredeche Nicolas、Aubert-Kato Nathanael
    • 学会等名
      SWARM 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] サロゲートモデルによる人工免疫アルゴリズムOpt-IAの改善2019

    • 著者名/発表者名
      Sakanaka Yuko、Aubert-Kato Nathanael
    • 学会等名
      SIGNAC 第33回研究会 人工知能学会合同研究会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Optimizing Molecular-based Reservoir Computers with NSGA-II2019

    • 著者名/発表者名
      Emi Morikawa and Nathanael Aubert-kato
    • 学会等名
      Unconventional Computation and Natural Computation 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Designing adaptable molecular robot controllers with reservoir computing2019

    • 著者名/発表者名
      Aubert-Kato Nathanael
    • 学会等名
      第2回分子ロボティクス年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 多目的最適化アルゴリズムを用いたReservoir Computingの最適化2019

    • 著者名/発表者名
      Morikawa Emi, Aubert-Kato Nathanael
    • 学会等名
      第2回分子ロボティクス年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] A reservoir computing approach for molecular computing2018

    • 著者名/発表者名
      Aubert-Kato Nathanael, Yahiro Wataru, Hagiya Masami
    • 学会等名
      ALIFE 2018: The 2018 Conference on Artifici
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Decomposing multivariate information2018

    • 著者名/発表者名
      Nathaniel Virgo
    • 学会等名
      The Ninth International Conference on Guided Self-Organisation (GSO-2018)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2023-01-30  

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