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2016 年度 実績報告書

超高速演算分子ブースターシステムの構築

公募研究

研究領域感覚と知能を備えた分子ロボットの創成
研究課題/領域番号 15H00804
研究機関東京工業大学

研究代表者

嶋田 直彦  東京工業大学, 生命理工学院, 助教 (10423972)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2017-03-31
キーワード分子ブースター / DNA論理ゲート / カチオン性高分子
研究実績の概要

分子ロボットの知能には、DNAから構成される分子ロボットはDNA鎖同士の交換反応(DNA鎖交換反応)が素反応とするDNA論理ゲートが用いられる。DNA鎖交換反応は二重鎖に対して、その相補鎖である一本鎖DNAを加えると鎖が交換する反応である。    しかし、DNA鎖置換反応は遅いために、分子ロボットが高速に動作するためには高速化のためのブースター分子が必要と考えられてきた。我々は今までにポリリシンにデキストランをグラフトさせたカチオン性グラフト高分子がDNA鎖交換反応を超高速化させることを報告してきた。平成27年度は、Winfreeらが報告したDNA鎖交換反応を利用したDNA論理ゲートの一種であるDNA閾値ゲートをカチオン性高分子である分子ブースターを持いることで、数時間必要であった計算を僅か数分で計算が完了することができた。本年度は、この閾値ゲートからなるAND or ORゲートの高速化を試みた結果、数十時間必要であった計算を僅か数分で完了することができた。また、一部反応の漏れが観察されたが、DNA配列の最適化を行ったところ、漏れが抑えられ、さらに計算時間も数分で完了することがわかった。さらに、閾値ゲートとは異なるDNA論理演算に分子ブースターを適応させたところ、配列の最適化をすることなく、10倍以上の高速化に成功した。また、リポソーム内にDNAを効率的に閉じ込める手法を見出し、リポソームの崩壊に伴って、計算を開始するシステムの構築に成功した。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2016

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (2件)

  • [雑誌論文] Cooperative enhancement of deoxyribozyme activity by chemical modification and added cationic copolymer2016

    • 著者名/発表者名
      Ken Saito, Naohiko Shimada, Atushi Maruyama
    • 雑誌名

      Science and Technology of Advanced Materials

      巻: 17 ページ: 437-442

    • DOI

      dx.doi.org/10.1080/14686996.2016.1208627

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A reversible B-A transition of DNA duplexes induced by synthetic cationic copolymers†2016

    • 著者名/発表者名
      Nonoka Yamaguchi, Yu-ki Zouzumi, Naohiko Shimada, Shu-ichi Nakano, Naoki Sugimoto, Atsushi Maruyama and Daisuke Miyoshi
    • 雑誌名

      Chem. Commun.,

      巻: 52 ページ: 7446-7449

    • DOI

      DOI: 10.1039/c6cc02237e

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] カチオン性くし型共重合体による種々のDNAzyme活性の向上2016

    • 著者名/発表者名
      齋藤健、嶋田直彦、丸山厚
    • 学会等名
      第65回高分子討論会
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2016-09-16 – 2016-09-16
  • [学会発表] カチオン性くし型共重合体によるDNA論理ゲートの高速化2016

    • 著者名/発表者名
      齋藤健、嶋田直彦、丸山厚
    • 学会等名
      第65回高分子学会年次大会
    • 発表場所
      神戸
    • 年月日
      2016-05-27 – 2016-05-27

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公開日: 2018-01-16  

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