| 研究課題/領域番号 |
23550197
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| 研究機関 | 北里大学 |
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研究代表者 |
野島 高彦 北里大学, 一般教育部, 講師 (00291930)
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| 研究期間 (年度) |
2011-04-28 – 2016-03-31
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| キーワード | DNA / 論理演算 / プライマー / PCR / GFP |
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| 研究概要 |
本研究においては，生体高分子を構成要素とする論理演算システムの開発を目標としている．具体的には2種類のプライマーを化学的な入力信号に，ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)によるDNA増幅反応を出力信号ととらえて，両者の関連性にバリエーションを持たせる試みである．増幅信号のレポーターとして，無細胞蛋白質合成系による緑色蛍光蛋白質(GFP)発現を用いることにより，緑色蛍光の有無を出力のオンとオフに対応させる構成とする．これまでの検討から基本的な論理演算パターンであるAND，OR，NOTの構成には成功しており，本年度の研究目標は複合的な論理演算パターンの実現に設定した．具体的には万能演算ゲートとも呼ばれるNAND型演算の実現を目標とした．ここでは入力信号がゼロの際にデフォルトでDNA増幅反応が進行するが，2種類の入力が揃った場合に限ってこの進行が停止する仕組みを構成する必要があった．そこで，真核生物の二倍体染色体システムからヒントを得て課題解決をはかった．具体的には，コードする翻訳領域は同一配列だが，その前後に配置されるプライマー会合領域の配列の異なる2種類の鋳型DNA分子を当物質量共存させる構成を検討した．鋳型DNA分子およびプライマー分子のデザインを種々こころみた結果，目標としていた，デフォルトで正の出力を示すDNA増幅反応が，2種類のプライマーDNAの同時入力によって初めて停止する論理演算分子システムの開発に成功した．
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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
2種類の鋳型DNAを等分子数組み合わせた混合物を鋳型とすることによってNAND型論理演算を実現できた．また，他のタイプの論理演算に関しても順調に分子デザインの検討が進んでいる．研究成果は学会発表および査読審査つき学術論文誌にて報告することができている．
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| 今後の研究の推進方策 |
プライマーDNAの配列最適化や増幅反応，翻訳反応の最適化を継続して行う．これとあわせて論理判断システムのパッケージングにとりくみつつ，システムの高度化をめざした最適化を進めて行く．特にこれまでに共通して用いてきたプライマー会合配列に関しては，バリエーション展開において反応特異性や反応効率に最適化の予知が残されていることが見いだされつつあるので，基本演算パターンを実現するDNA分子のデザイン改良にも並行して取り組んで行く．
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| 次年度の研究費の使用計画 |
生体高分子反応に必要な鋳型DNA，プライマーDNA，DNA増幅酵素，ディスポーザブルプラスチック器具，緩衝溶液など消耗品を購入する．また，研究成果を公開し関連情報を得るために国内学会参加費用および旅費を計上する．さらに，研究関連資料の購入も計画している．
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