DNAコンピューティングを利用した個人遺伝子情報のセキュリティーに関する研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14380152
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 大内 東 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50002308)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 川村 秀憲 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (60322830) ; 山本 雅人 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (40292057)
• Keywords: DNAコンピューティング / 個人遺伝子情報 / ダミーDNA / PCR / キープライマー / セキュリティ

Research Abstract

本年度は,以下の項目に対して次のような研究成果を得た.
個人遺伝子情報保存のためのセキュアな階層的アドレス型DNAメモリの開発
個人遺伝子情報を保存してロックする新しい仕組みとして,Nested PCRによるDNAメモリの構築を行った.Nested PCRはPCR増幅を多重に行うことでDNAを段階的に増幅する実験手法である.DNA分子に多重のアドレス部とデータ部に相当する塩基配列をコードし,多様なアドレス空間を持つDNA分子を用意する.データの取り出しは,アドレスに相当する複数のプライマー対を指定し,それぞれのプライマー対を用いてNested PCRを行うことによって実行する.多重のアドレス空間を利用することにより,アドレスに相当する塩基配列数に対して指数関数的な数のアドレス空間を定義できる.本研究では,ある特定のアドレスに遺伝子情報を,その他のアドレスに対してはダミーなデータを格納する.このことにより,特定のアドレス,すなわち,各階層でのプライマー配列と適切な使用順番を知らないとデータを取り出すことができないのでよりセキュリティが強化されていることになる.
本年度は,27のアドレスを持つDNA分子のデータ取り出しが正確に行えることを実験によって示した.各段階でのデータの取り出しが正確に行えているかを調べるための実験系によって各段階でのエラーを抑えるための実験プロトコルの最適化を行った.
また,各データを保存するメモリ単位の分子の濃度を制御することで,約10,000のアドレスをもつメモリにおいても同様にデータの取り出しが可能となることを示唆する実験系を構築し,実験を行うことでスケールアップが可能であることを示した.

Research Products

• [Publications] 山本雅人, 大内 東: "DNAコンピューティングと最適化"平成16年電気学会全国大会講演論文集. 4-S19. 13-16 (2004)
• [Publications] Satoshi Kashiwamura, Atsushi Kameda, Masahito Yamamoto, Azuma Ohuchi: "General Protocol for Evaluating the Degree of Occurrence of Mis-Hybridization"Proceedings of the Ninth International Symposium on Artificial Life and Robotics (AROB 9th '04). 303-308 (2004)
• [Publications] Naoto Takahashi, Atsushi Kameda, Masahito Yamamoto, Azuma Ohuchi: "Construction and Verification of DNA Hairpin-based RAM"Proceedings of the Ninth International Symposium on Artificial Life and Robotics (AROB 9th '04). 388-391 (2004)
• [Publications] Masashi Nakatsugawa, Masahito Yamamoto, Azuma Ohuchi: "Study of the Efficient Parameter Setting based on Mahalanobis-Taguchi Strategy"Proceedings of the International Technical Conference on Circuits/Systems, Computers and Communications (ITC-CSCC03). 640-643 (2003)
• [Publications] Satoshi Kashiwamura, Atsushi Kameda, Masahito Yamamoto, Azuma Ohuchi: "Two Step Search for DNA Sequence Design"Proceedings of the International Technical Conference on Circuits/Systems, Computers and Communications (ITC-CSCC03). 1815-1818 (2003)
• [Publications] Keisuke Hashimoto, Atsushi Kameda, Masahito Yamamoto, Azuma Ohuchi: "State Transition Model Based on DNA Polymerization"Proceedings of the International Technical Conference on Circuits/Systems, Computers and Communications (ITC-CSCC03). 1889-1892 (2003)
• [Publications] Naoto Takahashi, Atsushi Kameda, Masahito Yamamoto, Azuma Ohuchi: "Construction of DNA Hairpin based RAM"Proceedings of the International Technical Conference on Circuits/Systems, Computers and Communications (ITC-CSCC03). 1897-1900 (2003)
• [Publications] Fumiaki Tanaka, Atsushi Kameda, Masahito Yamamoto, Azuma Ohuchi: "The Effect on a Bonding Strength by the Freedom of Movement of a DNA strand on a Solid Support in DNA Computing"Proceedings of the International Technical Conference on Circuits/Systems, Computers and Communications (ITC-CSCC03). 1901-1904 (2003)
• [Publications] Fumiaki Tanaka, Atsushi Kameda, Masahito Yamamoto, Azuma Ohuchi: "Nearest-Neighbor Thermodynamics of DNA Sequences with Single Bulge Loop"Proceedings of 9th International Meetings on DNA Based Computers (DNA9). 180-159 (2003)
• [Publications] A.Kameda, M.Yamamoto, H.Uejima, M.Hagiya, K.Sakamoto, A.Ohuchi: "Conformational Addressing using the Hairpin Structure of Single-strand DNA"Proceedings of 9th International Meetings on DNA Based Computers (DNA9). 197-201 (2003)
• [Publications] 大内 東, 山本雅人, 川村秀憲, 柴肇一, 高柳俊明, 當間愛晃, 遠藤聡志: "相互作用科学シリーズ生命複雑系からの計算パラダイム"森北出版株式会社. 201 (2003)