| 研究課題/領域番号 |
17J10215
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
古畑 隆史 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-26 – 2020-03-31
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| キーワード | 量子シーケンサー / 非天然核酸塩基 / トンネル電流値 / 分子導電性 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、量子シーケンサーによる高精度な配列解析が可能な分子タグの創製のため、高いトンネル電流値を与える非天然核酸塩基の設計を進める。本年度は特に、上記のような性質を持つ分子の設計指針を確立するため、量子シーケンサーにおける核酸塩基の分子導電性と化学物性の相関を体系的に明らかにすることを試みた。その研究実績の概要を下記に示す。
第一に、核酸塩基の量子シーケンサーにおける分子導電性と化学物性の相関を体系的に検証するため、特定の化学物性について異なるパラメータを有する一連の非天然核酸塩基を設計した。そして、それら非天然核酸塩基についてトンネル電流値の測定を行った。それにより、核酸塩基における電気化学的な物性パラメータと核酸塩基の分子導電性との間に正の相関を見出すに至った。
第二に、上記の知見に基づいて新たに高導電性の非天然核酸塩基を設計した。そして、天然の核酸塩基のうち、特定の塩基をその非天然構造へと置き換えることで、塩基間におけるトンネル電流値の差異を大きく拡張できることを示した。トンネル電流値の経時変化に基づく詳細な配列解析の結果から、高導電性の非天然構造を含む核酸配列では、DNAの配列決定が容易になる可能性についても示唆されている。今後、電気化学的な物性の制御に基づいて、高導電性の非天然核酸塩基の設計を進めていくことにより、核酸分子タグの読み出し精度の向上が見込めるだけでなく、情報コードとして利用可能な核酸塩基のレパートリーの拡張につながるものと期待される。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
研究開始当初は、非天然核酸塩基を用いて、核酸塩基の化学物性と量子シーケンサーにおける分子導電性の相関について体系的な理解と高精度に読み出し可能な分子タグとして、高導電性核酸塩基の創出を目指す予定であった。そして本年度は、電気化学的な物性値であるHOMOレベルに着目し、分子導電性との間に正の相関を見出し、核酸塩基のサイズが導電性に与える影響についても示唆する結果を予定通りに得ることができた。また、上記知見に基づき設計した非天然核酸塩基を、特定の天然核酸塩基の代替として用いることで、核酸塩基間の分子導電性の差異を拡張し、塩基の識別向上に有効であることも示すに至った。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまで、核酸塩基の電気化学的な物性が分子導電性に正の寄与を果たすことを示したが、分子の形状など量子シーケンサーの電極部位と核酸塩基の相互作用に関わる物性についても分子導電性に重要な要素となることが示唆される結果を得た。高精度に識別可能な核酸分子タグの創成に向け、核酸塩基の導電性について理解を進めるには、そのような物性の分子導電性に与える影響についても体系的な評価が必要である。そこで、今後は核酸塩基部位の形状や官能基など、金電極と核酸塩基の相互作用に影響を与える因子が異なる人工核酸塩基のレパートリーを設計し、それら因子が核酸塩基の分子導電性に与える寄与について、体系的な理解を試みる予定である。
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