本研究では, 微生物の細胞内で動作する人工的な反応系(遺伝子回路)のダイナミクスをシステム工学的なアプローチで数理モデル化するために必要な理論, およびモデル化に必要なデータを取得するためのマイクロ流路実験系の構築を行った。
特に, 生化学反応システムの数理モデルが計測データの少なさや反応ダイナミクスの確率ゆらぎなどの影響により大きな「不確かさ」を有することに着目し, 不確かさを定量的に扱うためのパラメタ同定法, パラメタ設計法を最適化問題として定式化した。また, 遺伝子回路に対して化学的な入力を動的に与え, 周波数応答を計測するためのマイクロリアクタおよびその制御装置を構築した。
This research project developed a combined theoretical and experimental platform for modeling synthetic biomolecular reactions (genetic circuits) in microbe cells using a systems engineering approach. The focus of the project was particularly on the quantitative characterization of the uncertainty of biomolecular reactions that comes from the sparsity of available measurements and stochastic noise in reaction dynamics. We proposed optimization-based parameter identification and design methodologies for model-based development of biomolecular systems. We also developed a microfluidic platform for actuating genetic circuits using dynamic chemical inputs. The developed platform allows for characterization of the frequency response of genetic circuits, which will be helpful to improve mathematical models.

研究種目 : 研究活動スタート支援
研究期間 : 2016～2017
課題番号 : 16H07175
研究分野 : 制御工学