| 研究課題/領域番号 |
18J22815
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
奥村 周 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) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| キーワード | 分子プログラミング / DNAナノテクノロジー / miRNA / ニューロモルフィックアーキテクチャ / in vitro |
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| 研究実績の概要 |
本年度は，miRNA検出による化学反応ネットワークによる診断モデルの基盤技術となる，DNAコンピューティングによるニューロモルフィックアーキテクチャ構築技術を発展させた．具体的には，DNAと酵素を組み合わせた人工化学反応系のアセンブリツールであるPEN DNA toolboxで設計したDNA線形分類器をベースして，非線形性とDNA塩基対合のプログラム可能性を組み合わせもつネットワークの開発を，入力の多入力化およびネットワークの多層化の観点から行った．システムの多入力の研究においては，本年度は10種類の異なる入力配列をもつDNAを標的とする多数決演算の構築と性能向上を行った．多数決演算のシステムとは、10種類の異なる配列をもつDNAのうち、6種類以上の入力DNAが存在する状態を化学反応によって計算するシステムである．それに加え，このシステムにネガティブウェイトの線形分類器で利用するキラーテンプレートを組み込むことにより，5種類以上、かつ拒否権の対象となる種類のストランドが存在しないという多数決かつ拒否権の二重の条件をもつ分類システムの構築に成功した．多層化システムでは，ポリメラーゼ駆動式の分子論理ゲートと線形分類器を組み合わせることによってmiRNAのアナログとなるDNAを入力とする，分子濃度平面のバイナリ空間分割を行うアーキテクチャの開発に成功した．本研究で開発したDNA線形分類器は従来のDNAコンピューティングよりも100倍以上低い濃度のパターン判別を達成した．得られた知見の一部はmicroTAS2019で発表を行った他、論文の投稿を行っている．
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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
当該年度の後半では感染症の影響で実験を一時中断していたものの、それ以外は概ね、順調に研究は進んでいると考えている．
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究課題の最終年度である本年度は，開発した化学反応ネットワークをより実用化に近い発展に向けての拡張を実施する予定である．これまでに開発した化学反応ネットワークの知見を用いて，miRNAを標的分子とする，細胞状態の判別を分子診断で実行するシステムの開発を目指す．がん化した細胞の由来となる遺伝子の変異の種類によって，miRNAの発現パターンが変化することが報告されており，この種類によって，最適とされる治療法が異なる．miRNAを利用した決定木による遺伝子変異パターン判別のモデ ルが報告されており，これを実際のin vitroにおいて再現し，化学反応によるパターン判別に落とし込むことを目指す．本年度の前半においては感染症蔓延防止のため実験の進行が一時中断されたものの，計画の大幅な変更の予定はない．
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