分子プログラミング－分子レベルの情報処理機構の設計論－

平成 13 年 6 月 5 日ヒアリング出席者　申請代表者 東京大学 萩谷昌己　計画班代表者 東京大学 陶山明　計画班代表者 東京工業大学 山村雅幸

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目次 分子計算とは 分子計算をとりまく状況 分子プログラミング 設計論のための３つの切り口 計画研究の組織と関連 計画研究の内容 期待される成果とその意義

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分子計算とは 生体分子＝情報処理装置

化学反応の自律的制御 → 自身にコード化 微小性、省エネルギー性 超並列性、浮遊性 分子による直接入出力

分子計算 潜在的計算能力の理学的解明 新しい計算機能の工学的実現

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分子計算をとりまく状況DNA WS Sci.|Nat. 特別セッション

3Princeton (9) 5Princeton (23) 1U.Penn. (4/28) 1U.Penn. (2/29) 2 PSB

MIT (4/25) 2 GECCO, CEC

Leiden (3/21) 1/4 GECCO, CEC

Tampa (6/30) CEC

札幌　

９４９５９６９７９８９９０００１０２

(米) D

AR

PA-N

SF

(欧) L

CN

C

(日)

未来

開拓

Adleman: DNA 計算

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分子プログラミング 分子計算のシステマティックな設計論

プログラミング＝分子や化学反応を設計する過程

基礎分野へのフィードバック 新しい情報処理パラダイムの構築 生命科学・微小科学への計算概念の移転

関連応用分野への展開 バイオテクノロジー、医療応用 ナノテクノロジー、分子エレクトロニクス タンパク工学、ドラッグデザイン

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設計論のための３つの切り口

高信頼性（計算過程）

自己組織化（計算原理）

進化（設計方法論）

バイオテクノロジー医療応用

ナノテクノロジー分子エレクトロニクス

タンパク工学ドラッグデザイン

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計画研究の組織と関連

横森 山下

大内 萩谷 山村

陶山 岩崎 伏見

抽象分子計算系　（解析→設計）

分子計算系　（解析→設計→実現）

応用分子計算系　　　　　 （設計→実現）

近似 自律 分散

高信頼性 自己組織化 進化

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抽象分子計算系 横森班（早大）

構造的分子計算理論－自律的計算系の解析と設計のための基礎理論－

アルゴリズム論・計算論的側面からの解析・設計論 基本計算ユニットの集合による近似計算の基礎原理

山下班（九大） 自律的分散型計算としての分子計算

自律分散型システム的側面からの解析・設計論 セキュアでないインタラクションを持つ多数エージェ

ントによる分散問題解決

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分子計算系 大内班（北大）

パラメータ制御方式による分子計算 集団による近似計算の信頼性の側面からの接近 最適反応条件、有望解の局所探索を含む計算

萩谷班（東大） 形態変化する分子を用いた並列計算と分散計算

分子の形態変化・自己組織化を計算原理とする接近 膜計算・アモルファスコンピューティングの実現

山村班（東工大） ナチュラルコンピューティングの分子実現とその設

計論 進化計算・焼きなまし法を設計方法論とする接近 ウエット TDGA による aaRS の基質改変をテストベッド

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応用分子計算系 陶山班（東大）

DNA コンピュータによる生体情報の解析アルゴリズムとその実装

分子による直接入出力を利用したバイオ応用 DNA コンピュータ用プログラム言語、アルゴリズム

岩崎班（阪大） 分子プログラミングのナノテクノロジーへの応用

AFM と DNA会合を利用したナノテク応用 自律的微細パターン形成

伏見班（埼大） 分子プログラミングとしての分子進化の進化分子工学

による分析と構成 進化計算を利用したタンパク工学応用 生体高分子の進化および進化能の進化の解明

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期待される成果とその意義 理論

NP完全にかわる分子計算の複雑性理論の展開 巨大分散システムにおける自律性の発生原理

高信頼性 最終収率 99% の反応条件、容量 1Kbits の分子メモリ OS ・コンパイラを完備した分子計算機の実現

自己組織化 アモルファス計算による新しいナノロボティクス DNA単分子による超集積回路のパターン配線

進化 ウエット TDGA による新機能タンパク質の進化 タンパク分子進化における適応度地形全景描写

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横森 山下大内 萩谷 山村陶山 岩崎 伏見

形式言語論計算論

NP 問題の超並列解法

自己組織化自己組立て

自律計算

生物

分子進化自動化

化学反応シミュレーション

配列設計

８７　・　・　・９４９５９６９７９８９９０００１

自律分散システム

統計物理

Adleman

萩谷

坂本

Winfree

西川

陶山

McCaskill伏見

Weiss

分子計算マップ

Turberfield分子機械

Head

Lipton

抽象分子計算系　分子計算系　　

応用分子計算系

Reif

榊原

小林

横森

Paun

Freund

Kari

Paun

岩崎Ableson

陶山

Wood

Seeman