形態変化する分子を用いた並行計算と分散計算

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14085202
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 萩谷 昌己 東京大学, 大学院・情報理工学系研究科, 教授 (30156252)
• 研究分担者: 村田 智 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助教授 (10334533) ; 陶山 明 東京大学, 大学院・総合文化研究科, 助教授 (90163063) ; 藤井 輝夫 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (30251474) ; 岩崎 裕 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (00029901) ; 浅沼 浩之 東京大学, 先端科学技術研究センター, 助教授 (20282577)
• キーワード: DNAコンピュータ / 生体生命情報学 / 自己組織化 / ナノバイオ / バイオテクノロジー

研究概要

萩谷とRoseは、形態によって状態を表現し、形態変化によって状態遷移を実現する多状態DNAナノマシンの実現を目指して、DNAの連続したヘアピン構造が逐次的に構造変化を起こすことによって多状態をとる分子機械の二次構造設計に関する研究を進めた。
浅沼は、DNAの二重鎖あるいは三重鎖の形成と解離を特定波長の光照射で制御することにより、DNAのダイナミックな形態変化を引き起こすことを目的とし、光照射により構造異性化する有機分子=アゾベンゼンをDNAに化学的に導入した化学修飾DNAを合成した。萩谷は、光による分子機械の制御を目指して、浅沼のアゾ化合物を付加したDNAの熱力学的モデルを提案し、そのモデルに基いて配列設計を行った。
村田は、分子の自己組織的集合による大域的構造形成の手法の確立を目指して、均質な素子が局所的な相互作用により一定の形態を形成するモデルの研究を行った。
岩崎と吉信と西川は、分子計算を利用した生体分子の自己組織化の基礎となる技術として、観察可能な形で生体分子を固体表面に固定する方法を開発した。
陶山は、ハイブリッドDNAコンピュータで正確な計算を行うことができるか否かを評価するために、DNA計算で実際に解かれた三和積命題論理式の例題としては最も節の数の多い10変数43節の例題を解く実験を行った。また、ハイブリッドDNAコンピュータのための約500個の23塩基長の正規直交配列を設計し、300個の配列について実験によりその正規直交を確認した。萩谷は、陶山たちのハイブリッドDNAコンピュータのためのコンパイラの開発を進めた。
藤井は、微小流路内におけるDNAハイブリダイゼーション反応への応用可能性を検討するため、空気圧駆動によって液滴プラグ(液滴)を操作するシリコン樹脂製マイクロチップと、液体インキュベーション用のITO (Indium Tin Oxide)製ヒータ構造をもつガラス基板からなるマイクロ生化学システムを構築し、その評価実験を行った。

研究成果

• [文献書誌] Masami Hagiya, et al.: "complexity analysis of the SAT engine : DNA algorithms as probabilistic algorithms"Theoretical Computer Science. 287. 59-71 (2002)
• [文献書誌] X.Liang, H.Asanuma, M.Komiyama: "Photo-Regulation of DNA-Triplex Formation by Azobenzene"J. Am. Chem. Soc.. 124. 1877-1883 (2002)
• [文献書誌] K.Fujibayashi, S.Murata, K.Sugawara, M.Yamamura: "Self-Organizing Formation Algorithm for Active Elements"Proc. 21^<st> IEEE Symposium on Reliable Distributed Systems. 416-421 (2002)
• [文献書誌] W.C.Moon, T.Yoshinobu, H.Iwasaki: "Enhanced nano-oxidation on a SC1-treated Si surface using atomic force microscopy"Jpn. J. Appl. Phys. 41. 4754-4757 (2002)
• [文献書誌] J.A.Rose, R.J.Deaton, M.Hagiya, A.Suyama: "Equilibrium Analysis of the Efficiency of an Autonomous Molecular Computer"Phys. Review E. 65. 1-13 (2002)
• [文献書誌] Takatoki Yamamoto, Teruo Fujii, Takahiko Nojima: "PDMS glass hybrid microreactor array with embedded temperature control device. Application to cell-free protein synthesis"Lab on a Chip. 2. 197-202 (2002)
• [文献書誌] Masami Hagiya, Azuma Ohichi: "DNA Computing, 8th International Meeting on DNA-based Computers, DNA8, Sapporo, Japan, June 2002, Revised Papers, LNCS Vol.2568"Springer. 338 (2003)