小分子入力インターフェイスを備えた分子コンピュータの構築

构建具有小分子输入接口的分子计算机

基本信息

批准号：
20650044
负责人：
木賀大介
金额：
$ 2.05万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、自律的に動作するDNAコンピュータに、生物にとって重要な小分子の存在を検知する入力インターフェイスを実装することにある。その特色は、生体高分子コンピュータが潜在的に持つ、天然の生命由来の物質を直接扱って解析する能力を顕在化させることにある。このシステム内の多段階の反応は容易にプログラム可能であり、さらに、多段階の反応が自律的に動作する。この小分子を認識するインターフェイスでは、特定の小分子と結合することで起きるアロステリックリボザイムの自己切断の後、自律的に複数段階の反応が進行して、DNAコンピュータの入力となるRNAが生成する。まず、小分子との結合によりリボザイムの自己切断が起きると、リボザイム中でステムを組んでいた断片が解離する。その後、切断済みリボザイムに対して、解離した断片の代わりに一本鎖DNAが対合する。続いて、対合部位に存在するリボザイムの3'末端をプライマー、一本鎖DNAを鋳型として、DNAポリメラーゼによる反応が起きる。その結果、一本鎖DNAに存在したプロモーター配列と鋳型配列が二重鎖化され、転写反応が起きる。こうした一連の反応が自律的に進行することで、RNAが生成される。最初に構築されたシステムでは、ジボザイムの切断活性や一本鎖DNAの対合に関して、小分子の有無によって3倍の反応効率の差を得られたが、転写量の差は2倍未満であった。配列の最適化や、核酸の末端の修飾を行うことで、切断活性や対合では10倍、転写量の差では3倍の差を生み出すことができた。

这项研究的目的是在自主 DNA 计算机中实现一个输入接口，以检测对生物体重要的小分子的存在。其特点是它揭示了生物聚合物计算机直接处理和分析天然生命物质的潜在能力。该系统内的多步反应易于编程，而且多步反应可以自主运行。在这个识别小分子的界面中，变构核酶与特定小分子结合后发生自我裂解，自主进行多步反应生成RNA，成为DNA计算机的输入。首先，当核酶由于与小分子结合而经历自我裂解时，形成核酶内茎的片段解离。然后，单链 DNA 与切割的核酶而不是解离的片段配对。接下来，使用存在于配对位点的核酶的3'末端作为引物以及单链DNA作为模板，发生通过DNA聚合酶的反应。结果，单链DNA中存在的启动子序列和模板序列变成双链，并发生转录反应。 RNA 是由一系列自主进行的反应产生的。在第一个构建的系统中，根据小分子的存在与否，在吉博酶切割活性和单链DNA配对方面获得了3倍的反应效率差异，但转录量的差异小于2倍塔。通过优化序列和修饰核酸末端，他们能够在切割活性和配对方面产生 10 倍的差异，在转录水平方面产生 3 倍的差异。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Programming Cells

编程单元

DOI：
发表时间：
2008
期刊：
New Generation Computing 26
影响因子：
0
作者：
Daisuke KIGA;Masayuki YAMAMURA
通讯作者：
Masayuki YAMAMURA

小分子の存在を認識して動作する自律型生体高分子コンピュータの構築

构建可识别小分子存在并进行操作的自主生物聚合物计算机

DOI：
发表时间：
2009
期刊：
影响因子：
0
作者：
Y.Sogawa;S.Shimizu;A.Hyvarinen;T.Washio;T.Shimamura;S.Imoto;鮎川翔太郎
通讯作者：
鮎川翔太郎

RNA oscillator : limit cycle oscillations based on artificial biochemical reactions

RNA振荡器：基于人工生化反应的极限循环振荡

DOI：
发表时间：
2009
期刊：
New Generation Computing 27
影响因子：
0
作者：
Masahiro Takinoue;Daisuke Kiga;Koh-ichiroh Shohda;and * Akira Suyama
通讯作者：
and * Akira Suyama

タンパク質の新規サブドメインの提案

新蛋白质子结构域的提议

DOI：
发表时间：
2009
期刊：
影响因子：
0
作者：
R. Yamaguchi;S. Imoto;M;Yamauchi;M. Nagasaki;R. Yosida;T. Shimamura;Y. Hatanaka;K. Ueno;T. Higuchi;N. Gotoh;S.;木賀大介;鄭躍軍;佐々木彰吾
通讯作者：
佐々木彰吾

遺伝暗号や遺伝子ネットワークにありえたかたち

遗传密码和遗传网络的可能形式