| 研究課題/領域番号 |
20K11672
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分60010:情報学基礎論関連
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| 研究機関 | 電気通信大学 |
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研究代表者 |
関 新之助 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (30624944)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2020年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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| キーワード | 分子プログラミング / 共転写性フォールディング / RNAオリガミ / オリタタミモデル / 本質的計算完全性 / チューリングマシン / 分子自己組織化 / RNA共転写性フォールディング / オリタタミシステム / 折り畳みシステム / 2次元チューリングマシン / チューリング完全性 / Intrinsic simulation / 分子計算 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
DNAからタンパク質を合成する際の中間媒体であるRNAは、生成時に複雑な構造に折り畳まれながら様々な情報処理を行うことが知られている。この現象「RNA Cotranscriptional folding (CF)」により試験管内で人工構造を生成する技術が2014年にScience誌上で発表された。この技術を更に発展させ構造生成のみならず人工的な情報処理をも可能にするために提唱された数理モデルが「折り畳みシステム」である。
折り畳みシステムは全ての計算可能関数を計算できる（チューリング完全性）。CF駆動汎用計算機の実現を目指し、本研究ではCFの計算能力を超えてその本質的挙動の理解を目指す。
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| 研究成果の概要 |
RNA一本鎖はDNA一本鎖上に書かれた情報に従って合成（転写）されるが、その際に転写済みの部分から折り畳まれていく。この現象「共転写性フォールディング」は生体内で様々な情報処理を司っている。Gearyらは特定の矩形構造を、RNA鎖がその構造へと折り畳まれるように転写元DNAへと書き込む技術を提唱、実験室で実証した。この技術「RNAオリガミ」を計算に拡張するために提唱された数理モデルがオリタタミである。これは従来の数理モデルとは異質で、そのプログラムの難解さが大きな問題であった。本研究で実装した2次元チューリングマシンからオリタタミへのコンパイラによりこの問題は解決された。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
分子プログラミングは生体高分子の振る舞いの観察ではなく、我々の意図するように振る舞う高分子の設計を目的とする。オリタタミはこの分野において最も新しいモデルの一つである。抽象タイルアセンブリモデル（aTAM）は、理論研究がDNAベースの様々な分子計算システムの実装につながっており、理論と実験の協働がこの分野でうまく機能している好例である。aTAMは多数の高分子の凝集による自己組織化のモデルであり、オリタタミが扱うRNA1本鎖のフォールディングによる自己組織化とは本質的に異なる。生体内の計算はRNAが司っており、オリタタミの研究により生体内で自動構築、治療を行うシステムなどの実用化が期待される。
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