タンパク質の適応地形の探索

探索蛋白质的适应性拓扑

• 批准号: 12208013
• 负责人: 坂本 健作
• 金额: --
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (C)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12208013/
• 关键词: 遺伝学的アルゴリズム; 組み合わせ最適化問題; タンパク質の分子進化; 目的関数; 交叉演算

コンピューター科学の分野では,生物の遺伝から啓発された「遺伝的アルゴリズム」が,複雑な組み合わせ最適化問題を解くための強力なツールになっており,交叉や突然変異が「解」の探索にどのように働くかが研究されている.本研究では,タンバク質の配列空間上の適応地形を探索する手法として用いることで,あるタンパク質から他のタンパク質に分子進化するときのルールを明らかにすることに向けた研究を行った.コンピューター科学の手法である.「遺伝的アルゴリズム」と分子生物学実験とは,元来異質のものである.本年度は,これらの間の「互換性」を確立することを主な目的とした.酵素変異体の活性は,目的関数に相当し,一時に多数の変異体の活性を数値化することが必要になる.ここでは,遺伝学的方法によって間接的に行う方法を検討した.すなわち,lacZ遺伝子中のアンバーコドンのサプレッションの効率を,個々の変異酵素の活性の指標とすることで,活性の数値化を行う.lacZの発現量は,コロニーの着色によってランク付けを行う.一方,「交叉演算」のための実験手法は,「DNAシャフリング」法を改変することによって開発し,組み換えの効率について検討を行った.目的関数の数値化は,上記のサプレッション系によって効率よく行えることが明らかになった.活性の高い変異体を含むコロニーは濃い青に着色し,活性の低いものはコロニーの中央が少し青くなっているだけである.この写真は十分着色した後で撮影しているので,濃い青のものは全て同程度に青く見えるが,着色の経時変化を追うことで,細かくランク付けすることが可能である.また,青コロニーの割合は,本研究以前に行った予備的研究の結果と良く一致しており,確かに,期待する活性を持つ酵素の変異体の検出に成功している.一方,GFP遺伝子を用いた予備的実験から,開発した「交叉法」が,予期通りの効率で遺伝子間の組み換えを起こすことを確認した.

在计算机科学领域，受生物遗传学启发的遗传算法已成为解决复杂组合优化问题的有力工具。在这项研究中，我们的目标是通过将其用作蛋白质从一种蛋白质到另一种蛋白质的分子进化规则。一种探索蛋白质序列空间中自适应拓扑的方法进行了计算机科学研究。 “遗传算法”和分子生物学实验本来是不同的东西。今年，我们的主要目的是建立它们之间的“兼容性”。酶突变体的活性相当于目标函数，同时许多突变体的活性是在这里，我们考虑使用遗传方法的间接方法，换句话说，我们使用 lacZ 基因中琥珀密码子的抑制效率作为单个突变酶活性的指标。 lacZ的表达水平通过菌落的颜色进行排序。另一方面，通过修改“DNA改组”方法开发了“交叉操作”的实验方法，并评估了重组的效率。下列。很明显，使用上述抑制系统可以有效地量化目标函数，含有高活性突变体的集落呈深蓝色，而那些具有低活性的集落在中心呈浅蓝色。由于真实颜色是在充分着色后拍摄的，因此所有深蓝色看起来都是同样的蓝色，但通过跟踪颜色随时间的变化，可以根据结果对它们进行详细排名。在本研究之前进行的一项初步研究。结果与结果非常吻合，我们确实成功地检测到了具有预期活性的酶突变体。另一方面，使用GFP基因的初步实验表明，所开发的“交叉方法”尚未显示出来证实了基因之间的重组以预期的效率发生。

项目成果

K.Sakamoto et al.: "Molecular computation by DNA hairpin formation"Science. 288. 1223-1226 (2000)

K.Sakamoto 等人：“通过 DNA 发夹形成进行分子计算”科学。

坂本健作: "DNAコンピュータでNP完全問題を解く"bit. 32. 54-61 (2000)

Kensaku Sakamoto：“用 DNA 计算机解决 NP 完全问题”32. 54-61 (2000)。

坂本健作: "生体分子と計算"数理科学. 38巻. 54-60 (2000)

坂本健作：“生物分子与计算”数学科学卷 38. 54-60 (2000)