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2012 年度 実施状況報告書

タンパク質翻訳機構を模したプログラマブルな動的ナノ反応場の創製

研究課題

研究課題/領域番号 24650157
研究機関東京工業大学

研究代表者

小宮 健  東京工業大学, 総合理工学研究科(研究院), 助教 (20396790)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2014-03-31
キーワードDNAコンピュータ / DNAナノテクノロジー / ナノマシン / ナノ反応場 / ニッキング酵素 / DNAウォーカ
研究概要

本研究課題で構築する、DNAの塩基配列でプログラムできる人工の動的ナノ反応場において、コドン配列の役割を果たす配列を設計するため、配列がみたすべき要件を明らかにする目的で、DNAとニッキング酵素を用いて動的な反応システムを構築する検討実験を実施した。その結果、適切な配列長や使用する酵素等について、ナノ反応場において反応物を接近させるウォーカの歩行性能を向上させるための知見を得た。
また、本研究課題は、従来手法では実現できない、同一反応容器中で環境低負荷な多段階重合を行う汎用の合成手法の確立を目指している。鋳型とアダプターを結合させる固定子の配列について、複数の配列セットを設計して穏和な条件での検討実験を実施した。ソフトウェアを用いてDNAナノマシン研究と同様に設計した、人工配列を持つDNAをハイブリダイゼーションさせて、「鋳型DNA-固定子DNA複合体」が正しく形成されることや、高い結合特異性と安定性が実現できることを、温度を変化させる条件のもとで行った吸光度の測定や、ハイブリダイゼーションにともなって蛍光修飾基の間で起こる消光の観測、電気泳動などの実験により詳細に確認した。その結果、生理的な溶液条件のもとで高い結合特異性と結合の安定性を実現する新規技術開発の見込みと、そのための配列設計指針を得た。
以上の知見をもとに、最終的に構築する動的ナノ反応場の性能を最大化する配列についての設計と、実験による検証を引き続き進めている。

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

構築する人工の動的ナノ反応場に用いる塩基配列の設計について、実験による検証から適切な配列長などの配列設計指針を得た。特に、鋳型とアダプターを結合させる固定子の配列について、穏和な条件での複合体を正しく形成するための、高い結合特異性と安定性を実現する新規技術開発の見込みを得たことは、当初計画以上の成果である。この新規技術の検討実験に注力したため、鋳型DNA上への反応物の精密な配置については、平成25年度に詳細な検討を実施する。

今後の研究の推進方策

本研究課題は、DNAの塩基配列情報にしたがって機能性分子を産生する生物のタンパク質合成の機構を模して、同一反応容器中で環境低負荷な多段階重合を行い、簡易な操作で高分子を合成する汎用の合成手法の確立を目指している。そのため、今後は当初計画にあるNHSエステル化だけでなく、より環境低負荷な操作で行えるアダプターDNAへの反応物の連結についても検討しながら、最終目的であるプログラマブルな動的ナノ反応場の構築を推進していく。

次年度の研究費の使用計画

平成24年度は、穏和な条件での複合体を正しく形成するための、高い結合特異性と安定性を実現する新規技術の検討実験に注力したため、アダプターDNAへの反応物の連結に用いる試薬類の支出が当初計画より少なくなった。平成25年度はこれらの試薬類を含め、より環境低負荷な連結について検討するための試薬類を購入して実験を遂行するとともに、当初の計画通りDNAウォーカの自律歩行にともなう合成反応の検討実験を実施し、プログラマブルな動的ナノ反応場を創製する。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2012 その他

すべて 学会発表 (5件) (うち招待講演 2件)

  • [学会発表] 加法的な視覚化による科学的知識への関心の喚起2012

    • 著者名/発表者名
      小宮健
    • 学会等名
      「細胞を創る」研究会5.0
    • 発表場所
      横浜市
    • 年月日
      20121121-22
  • [学会発表] Biomolecular Rocket2012

    • 著者名/発表者名
      星健介,厚美佑輔,齋藤健,山下仁義,松戸里紗,番匠康雄,小長谷明彦,木賀大介,山村雅幸,小宮健,瀧ノ上正浩
    • 学会等名
      「細胞を創る」研究会5.0
    • 発表場所
      横浜市
    • 年月日
      20121121-20121122
  • [学会発表] 分子ロボットの知能

    • 著者名/発表者名
      小宮健
    • 学会等名
      計測自動制御学会 システム・情報部門 学術講演会 2012
    • 発表場所
      名古屋市
    • 招待講演
  • [学会発表] 分子ロボットの実現に向けたDNA論理ゲートの現状と課題

    • 著者名/発表者名
      小宮健
    • 学会等名
      人工知能学会合同研究会 第51回分子生物情報研究会
    • 発表場所
      横浜市
    • 招待講演
  • [学会発表] Construction of a nucleic-acid-responsive DNA synthesis system for diagnostic DNA-based computing

    • 著者名/発表者名
      Ken Komiya, Asako Kobayashi and Masayuki Yamamura
    • 学会等名
      第50回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      名古屋市

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公開日: 2014-07-24   更新日: 2015-05-28  

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