IGEM:Tokyo/2008/former projects

ミーティングで紹介された過去のiGEMのプロジェクトです.  千葉大の07のタイトルサービスのリンクも張らせてもらいました.

2006 ETH Zurich
半加算器 XOR回路（１と０を入力したときに１とでる方. SUM）とAND回路（１と０を入力したときに０とでる方. CARRY）を大腸菌内に作る input→（光）ーsensingーRFP・・・SUM input→（化学物質）ーsensingーGFP・・・CARRY XOR回路  Pがつくものの産物はプロテアーゼであり、続く文字の転写産物を分解. tfはRFPのプロモーターにくっつき転写を開始する.  下にある図はtfの構造である. 両方とも最後はRFPがつながっている.  片方だけ発現されると出力として赤く光る.  （ちなみにプロテアーゼがない回路だと、OR回路になる. ） AND回路  early stop codon は途中でストップコドンが入って途中までしか転写されない.  両方のDNAが転写されたときだけ緑の光の出力がでる.  ただし、十分に時間が経たないと発現したタンパク質が分解されないのが問題.  バラバラには成功したけど、両方をあわせた半加算器の完成にはいたらなかった. <BR>

2006 Imperial College
従来のRepressilator(by Elowitz and Leibler in 2000)のようなオシレーターは ・ノイズがあり不安定<BR> ・細胞間で非同期的<BR> ・振幅や周期を制御できない<BR> ・大きなシステムに統合しにくい<BR> といった問題があった. <BR> そこで以下の特徴を持つオシレーターを考えた<BR> 出力：Oscillator_output.png<BR> 安定性：10サイクル以上安定. 振幅、周期、出力の形が安定. <BR> 変動：出力がノイズより高い割合. <BR> 自由度：振幅と周期が変えられる. <BR> 振幅：検知が簡単になるように大きくする. <BR> 周期：一時間から数時間. <BR> 接続性：オシレーターは他のより複雑なシステムに容易に統合できる. モジュール的、遺伝子的な出力. <BR> <BR> まだ途中です（島崎）

2006 Tokyo Alliance
三目並べ<BR> DNAコンピュータでアプローチ<BR> player1：大腸菌（GFP） player2：人（RFPを発現するように作用）<BR> 何通りも試合パターンが生まれるので、制限をかける. <BR> １、一回目のターンは大腸菌で真ん中を陣取る. <BR> ２、二回目は人が左上か左真ん中のみ陣取る. <BR> ３、三回目は大腸菌が右上を陣取る. <BR> 基本の論理ゲートであるANDゲートは<BR> repressor-repressor回路とactivator-repressor回路を作る. <BR> DNAを3sectionにわけ、R−R回路は真ん中と右にrepressor、右端にGFP<BR> A-R回路は左端にactivator、右にrepressor、右端にGFPをコード. <BR> 同様の方法でAND-ANDゲートを構成する. <BR> どのように選択させたかとかは不明. <BR> ２００９年二月号の日経サイエンスにこのプロジェクトと同様の目的（三目並べをDNAコンピューターに解かせる）を持った研究について（コロンビア大 etc）載っているので参考にしてください. <BR> （ここでは「一回目で真ん中をDNAが取る」という制限だけかけたようです. また、応用としてドラッグデリバリーなどを考えた研究ということです. ）<BR>

2007 Cambridge
３つのプロジェクトを計画・・・１、Amplify２、Signal（ここまではE.coliを使った）３、Gram―positive　chasis<BR> 実際に成功したのは１だけ. <BR> １、Popsを増幅する<BR> PoPS is the flow of RNA polymerase molecules along DNA (i.e., 'current' for gene expression). The PoPS level is set by the amount of RNA polymerase molecules that pass a specific position on DNA each second. （Cambridgeのwikiから引用）<BR> promoterと発現させたい遺伝子の間にactiveterをいれて発現を増幅. <BR> E.coliが生存するのにひつようなpromoterを使うと、E.coliの生存に影響してしまうので、virusのpromoterを使う. <BR> virusのpromoter３種、activeter５種のパーツを作り、これらはampの程度に違いがある. <BR> 信号が小さいと成功するが、大きすぎるとvirus由来のpromoter、activeterなのでE.coliを殺してしまう. <BR> ２、クオラムセンシングによるシグナル伝達<BR> クオラムセンシングの仕組み：あるprotein（遺伝子の発現を促進する）は発現されるが、細胞外へ分泌されるため、細胞内での濃度は低い. （このproteinは細胞内外を出たり入ったりする. 濃度が低いと遺伝子発現されない）ただ、それをたくさんの細胞が発現したり、発現するものがたくさん集まったりすると、全体の濃度が上がるので、遺伝子が発現される. <BR> Agr制御系の利用（Bucillusなどに存在するが、生存にどう必要なのかまだわかっていない機構. Accessory　Gene　regulator）<BR> AgrにはAからDがあり、遺伝子はB、D、C、Aの順でコードされ、それぞれの遺伝子の役割は<BR> agrB: （AIPを合成する膜タンパク質AgeBをコードする遺伝子）<BR> agrD:（AIPの前駆体をコード. AgrBでAIPになる）<BR> agrC: （AIPの受容体をコード. AgrCは膜タンパク質であり、そとでAIPを受容すると細胞内でAgrAをリン酸化. <BR> agrA: （AgrCによりリン酸化されるAgrAをコード. リン酸化されたAgrAはP２、P３promoterに結合し、AgrBからAの転写を促進. ）<BR> Cambridgeは発信者と受信者にわけ、B、DをコードするものとC,Aをコードするものを作った. <BR> 残念ながら、B、Dをコードし、AIPの分泌をするE.coliをつくるまでしかいかなかった. <BR> （失敗の原因とかは不明. Agr制御系にほかの物質の関与とかがあった？AgrCがうまくつくられなかった？とかいろいろ考えられます）<BR> （病気のウイルスとかは数が少ないと毒素をださないが、抵抗力が落ちると増殖してあるていど数が増えると毒素を出し始める. クオラムセンシングと似ているので、治療に使えないか. ）<BR> ３、Gram陽性菌を使ってみよう<BR> Gram陽性とは、グラム染色により紺青色あるいは紫色に染色される細菌の総称. <BR> 細胞膜が一重なので、物質を分泌しやすく、移動性が早い. <BR> しかし、遺伝子操作がむずかしく、promoterを一つ作って終わり. <BR>

2007 Harvard
ある場所に特異的に吸着（結合？）して、その場所でのみ特定の遺伝子発現する大腸菌の作成を目的. <BR> （最終的にはがん細胞をターゲットとし、がん患部に薬を運べるようになれば・・・. ）<BR> １、targetに吸着する大腸菌の作成<BR> ２、吸着した時に外部に発信（クオラムセンシング）<BR> ３、遺伝子の発現<BR> １、Niとstreptavidinに特異的に結合できることは分かっている. <BR> Niとstreptavidinに磁性ビーズをつけ、MACS（磁気細胞分離法）で分離可能. <BR> また、FACSを使った細胞分離も行いました. <BR> Niとの結合には、大腸菌の膜protein―LppOmp―His―Niのようになっているので、まずはHisの部分が他のproteinでできるか調べたが、失敗. <BR> ２、クオラムセンシングは成功した. <BR> ３、FecAという、クエン酸鉄をだして遺伝子発現を促す遺伝子を導入したが、発現が多すぎて大腸菌が死んでしまって失敗. <BR>

2007 McGill
Oscillator<BR> LacI,LuxI,LuxR,AIの利用<BR> LuxIはAHLを合成. <BR> LuxRはAHLと結合し、Lux　promoterからの転写を促進する. <BR> AHLは簡単に細胞の外に行くのでクオラムセンシングに有用. <BR> 以下の二種類の大腸菌を作る<BR> A：LacIがないと働くpromoterーLuxAーpromoterーLuxR<BR> B：Lux　promoterーLacIーFPーLux　promoterーaiiA<BR> 生じるサイクル<BR> １、LacIがないのでLuxI、LuxRが発現上昇<BR> ２、LuxIがAHLを合成し、AHLとLuxR結合. Lux　promoterが働く<BR> ３、LacIとFPとaiiAが発現<BR> ４、LacIがLuxIの発現を抑制し、aiiAがAHLを阻害. <BR> このように、蛍光タンパクの発光の周期性がみられる. この周期の間隔は不明. <BR> シミュレーションでは周期は８時間. <BR>

2007 Peking
いろんな入力（UVとか）を与えると色が変わるE.coli. <BR> ある状態が何回起きたかをはかる計数器としての応用. <BR> 回路とかはPekingのWiki参照. <BR>

2007 Rice
レスベラトールをビール酵母に作らせよう<BR> レスベラトールはブドウの皮や赤ワインに含まれる成分です. ポリフェノールの一種で，天然の抗酸化物質です. <BR> 試験管内や動物実験の段階ですが，レスベラトロールは，血小板のねばつきを軽減し，通りやすく弾力のある血管を保つのに役立つことが分かっています. 実験室で行なわれた研究では，レスベラトロールは，動物においてガンの進行を妨げることが報告されています. <BR> レスベラトールはグルコースを原料とします. ビール酵母もグルコースからエタノールを合成するので簡単にできるかも、ということで行われました. <BR> 合成過程はA→＜protein1＞→B＋C（CはAから合成されていないが、反応に必要なもの）→＜protein2＞→レスベラトール<BR> protein1,2を発現させるようにすればよい. <BR> これらのタンパク質の遺伝子と抗生物質耐性の遺伝子（ちゃんと導入された酵母のみを得るため）を導入したが、protein1のpromoterが作れず、失敗. <BR>

2007 Tianjin
Biodiode<BR> ある一方向に遺伝子発現が続けられると蛍光タンパクを光らせるが、逆方向に読ませると、光らない. <BR> generator→Amp｜Block→Lamp→光る、generator→Block｜Amp→×（Blockで止まる）<BR> Flip-Flop<BR> 一つの状態を維持. proteinを利用したきりかえ. <BR>

2007 Tsinghua
１、RAP回帰型自己抑制パルス<BR> ２、Celcuit細胞間のcommunication<BR> 1,Michael Elowitz生物時計<BR> lacIとλcIとtetRで行った. 一方向ずつ抑制してパルス作る. <BR> T7RNApolをトリガーとして使う（早く分解され易い、C末端が安定、N末端が不安定）<BR> パルスを生じさせた後、数理モデリングにより分析. <BR> 実験では割と成功しているらしいけど、遺伝子回路を作る手順面倒. デバック処理が面倒. <BR>

2007 Turkey
金属輸送<BR> １、タンパク質の濃度勾配を利用したイルミネーション<BR> 濃度が大きくなるほど赤→黄→緑に変わる. <BR> 周期的なタンパク質の濃度勾配でイルミネーションの作成を試みたが失敗. <BR> ２、陣取りゲーム<BR> player１：RFPを発現させる大腸菌<BR> player２：GFPを発現させる大腸菌を投与. <BR> クオラムセンシングで、player１の周りは赤く光り、player2の周りは緑に光る. <BR> プロモーターのリークがあって、入れたもので発現したのか、自分で発現したのかわからないので、playerごとにシャーレを用意. <BR> baseを測定してからやればうまくいきそう. だけど、案だけで終わった. <BR> ３、金属輸送<BR> バイオレメディレーション<BR> 従来有害な物質を化合物にして無害化していた. <BR> その中にはレアメタルもあるので、あつめて工業用に使えないか. <BR> <BR> ①大腸菌の重金属への結合. オレンジのところに金属がある. <BR> ②光走性を使って右の方へ移動<BR> ③ある特定の波長の光を用いて金属解放する. バクテリオロドプシンを発現させた大腸菌を使うことで、光に応じて水素イオンを取り込み、水素イオン濃度あがることで金属をはなす. <BR> ④右の光消して左の光つけることで、またもどってこさせる. <BR> 培地はゲル. <BR> ２００８年にうまくいったらしいけど、どの金属使ったか不明. <BR>

2008 Alberta NINT
たんぱく質ではなくてRNAで発現制御しよう. <BR> DNAとはたんぱく質より正確に対応する. <BR> RNAはDNAを転写する際、terminatorでヘアピン構造を作る. <BR> <BR> anti-senseRNAがあるとヘアピン作れないので転写させる. （図１参照）<BR> まず、anti-senseRNAがあるとタンパク発現し、無いと発現しない回路できる. <BR> 次に、図２のように回路をつくる. 太く色のついたものは相補的な配列(anti-terminator）. ミドリとピンクでオレンジに対するaffinityに差があり、緑のほうが強い. ミドリに対するanti-senseRNAがあると上のような形になり、タンパクは発現されないが、anti-senseRNAがないと発現される. （NOT－GATE）<BR> 又、図３のようにすることで、オレンジ、ピンクのanti-senseRNAが両方あるとタンパク発現するというAND－GATEがつくれる. <BR> 図４ではオレンジとピンクのaffinityが一番高いとする. ピンク、オレンジのanti-senseRNAどちらかあればタンパク発現されるのでOR-GATEとなる. <BR> 出力はLacZを使った. これはβガラクトシターゼを活性化する. <BR> 結果はanti-senseRNAを入れない場合は成功したが、anti-senseRNAを入れた場合は失敗. <BR> 原因として、<BR> anti-senseRNAがきても、ヘアピン構造が壊されない. <BR> 入力のanti-senseRNA（約１５塩基）が早く分解される. <BR> anti-senseRNAが少なすぎたか. <BR> ノイズおおすぎ？（anti-senseRNA輸送に使ったribozymeが逆に阻害？）<BR> ちなみにanti-senseRNAはアラビノース入れると発現するようにしていた. <BR>

2008 Caltech
病原菌に特異的なバクテリオファージの発現<BR> 詳しくは次回. <BR>

2008 Cambridge
神経のイオンチャネルを神経を持たない大腸菌に発現させようとした. <BR> 神経のイオンチャネルのなかには神経伝達物質がくっつくと開くシステムになっているチャネルがある. <BR> 大腸菌には浸透圧に対応するチャネルしかないので、他の生物のチャネル（グルタミン酸を入れると開く）の遺伝子を大腸菌に入れた. <BR> なお、この際コドンの書き換えも行っている. <BR> 細胞外液はカリウムイオンがたくさんあるものを用いて、グルタミン酸を入れるとカリウムイオンを取り込むように<BR> 導入したチャネルで無理やりカリウムイオンをいれるので、浸透圧のチャネルが働くようにしているとカリウムイオンが排出されるおそれ. <BR> 元のチャネルの遺伝子をノックアウトして、コントロールとかと細胞内カリウム濃度を比べる⇒あんまり差がなかった. <BR> 実際働いているかを細胞外液のカリウム濃度を変えつつ、膜電位をはかることで調べた. <BR> 濃度ごとに電位に違いがみられた. <BR> ちなみにチャネルの発現をeに比例するんじゃなくて、直線的に増えるようにosmYをつけたのを作ったけど、失敗. <BR> mutantとの比較実験から、成功したのかは微妙・・・. 他の生物のタンパクを発現させることができるとはわかった. （これはほかの論文でも保障されている）<BR>

2008 Harvard
バイオセンサー<BR> bacterial　biosensor　出力が電流<BR> Shwanella　oneidensis　をモデルにした. <BR> lactate→代謝→電子＋酸素→水<BR> この電子を出力に. <BR> <BR> mtrBが水への反応を促進する（mtrBがあると１００％水への反応起きるが、ないと２５％位に）<BR> mtrBを抑制する回路を作る. <BR> １、chemical　inducible　system<BR> IPTGの有り無しで制御. IPTGあると、ないときの四倍の電流発生. <BR> 12時間くらい持つ. <BR> ２、大腸菌の代謝により、乳酸塩を作らせ、S.oneに乳酸塩の代謝をさせる. <BR> 大腸菌には光や熱の刺激で代謝をスタートさせる. <BR> 熱→まずは大腸菌だけで、30度と40度で試した. <BR> あんまり差がなくて失敗. <BR> 光→EnvZをmtrBのようにノックアウトする必要があったが、ダメだったので失敗. <BR>

2008 KULeuven
病原菌が来ると薬を作って、病原菌を完全にやっつけちゃうと自身は死ぬシステムを論理的に証明しようとした. <BR> aTcという物質を病原菌が出した毒素と考える. <BR> 普段はtetRがrepressorとして働いてる. aTcがあると、aTcがtetRにくっついてrepressor結合部位から外れ、下流の転写開始. （下流にはGFPをおき、病原菌が来たのを感知. <BR> また、tetRにより抑制されているRibokeyもaTcにより働くようになり、Ribokeyで制御されているlacIが発現. <BR> lacIはluxIを制御している. luxIはオートインデューサーの不活性型の発現を促し、tetRに制御されていたT7が転写促進するものにより開環し、活性型になる. <BR> このオートインデュサーはluxRに結合してccdBを発現. これが大腸菌を殺す毒素であり、病原菌を殺すと大腸菌が死ぬシステム. <BR> だいたいうまくいったらしい. <BR>

2008 MIT
ヨーグルトに薬やビタミンが入るように. 発展途上国は薬が回ってない. →いきわたらせる. <BR> まずは虫歯にならないようなヨーグルトを. <BR> 虫歯の原因のひとつに歯についた糖タンパクにS.mutansがくっついて歯を溶かす. <BR> くっつかないように. →p1025proteinをつかってくっつくのを阻害<BR> p1025つくるヨーグルト作る. →ヨーグルト内でちゃんと作っているか調べるところまでは行かなかった. <BR> 乳酸菌に（lactoseのgene）－（T7promoter）－p1025<BR> の遺伝子導入→乳酸菌オンリーでは成功<BR> このp1025がちゃんとブロックすることは確認. <BR> 歯の成分で出来たビーズに唾液をコートし、それと乳酸菌とS.mutansをビーカーに入れる. <BR> 上澄み液にいるS.mutansの数を調べる. <BR> p1025を発現するもの→ビーズにくっつくので少ししか数えられない. <BR> 発現しないものはたくさん確認される. <BR> ヨーグルトに入れた場合でもせいこうさせたり、薬を入れれるようになるといいよね. <BR>

2008 Peking
PCB、ダイオキシンを分解して無毒に<BR> 有害物質を検知し、分解酵素を発現する（毒物の濃度により発現のon/off）<BR> PCBの分解を目的. <BR> 分解過程は四段階の反応であり、それぞれの酵素を発現するようにする. （pbhA~D）<BR> PCBの二段階目の反応産物である2,3-DHBPは有害なのでｐｂｈCがたくさん産生されるようにする. <BR> PCBがないと、抑制されるが、あるとｂｐｈRがあるにもかかわらず転写される. <BR> 回路は以下の通り. ｒｂｙBはｍRNAの量が多いとsodB を抑制して、有害産物がたまらないようにする. <BR> YFPにより、ちゃんと働いているか確認. <BR> 結果はうまくいかなかった. leaky. <BR> T7polが少し出てる可能性がある. <BR> YFPをなぜ酵素をコードしている方に入れなかったのか. <BR> <BR>

2008 UCSF
エピジェネティックのシステムの制御<BR> エピジェネティック（ヒストンというDNAにくっついているタンパク質のアセチル化、DNAのメチル化、スプライシングなどにより、真核生物においてDNAの配列以外で遺伝子発現の調節をすること）<BR> １、酵母を用いて、ヒストンの脱アセチル化（アセチル化が起きると転写因子がDNAに結合でき、転写が起きる）を人為的に起こし、遺伝子発現の制御をする<BR> ２、遺伝子発現と抑制の数理モデルを作る<BR> １、i）LexA　DNA　binding　domain－Sir2（Sir2は脱アセチル化酵素）をコードするもの（たぶんプラスミド）とii）LexA　DNA　binding配列をもつもの（酵母DNA）をつくる. <BR> ii)の下流にはGFPの遺伝子をいれ、i)があるとGFPの発現が抑制され、発光が消える. <BR> i)のpromoterはガラクトースがあるときのみ働くモノを使う. <BR> GFPをコードしないものをコントロールに使ったところ、ちゃんと抑制されていることが確認. <BR> また、二本鎖DNAの両方の発現を抑制することが確認され、LexA結合部位から3000塩基まで発現抑制されることがわかった. <BR> 発現抑制の時間は約6時間であり、これは酵母の3世代分にあたる. （しかし、ガラクトース導入から6時間としていたので、単に発現までに時間がかかっただけとも考えられる. Craigさんのおっしゃるとおりでした）<BR> ２、Gardnerモデルを使ってモデル化し、パラメーターの値をかえて、検証. 具体的な式とかはHPを参照してください. <BR>

2008 Valencia
１、冬眠する動物のミトコンドリア⇒UCPを使って水素イオン濃度勾配からATPではなく熱を発生. <BR> これを酵母に組み込む. <BR> ２、温度制御システムを作る. <BR> ３、発生した熱は散逸してしまうので、うまく測れる温度計を作る. <BR> １、２、温度は上げれるが、制御できなかった. だいたい、３，４度上がる. heatshockタンパクの活動域までいかない. <BR> UCP＋、UCP－、UCPmutant（Gly175△、Gly75△）で調べたが、mutantの温度感受性が高く、高い温度上昇がみられた. <BR> おそらく、このチームは温度感受性の高いmutantを調べるのに時間をかけたのだろう. <BR> 温度上昇度は初期条件とグルコース濃度に依存する. <BR> ⇒では温度を下げるためにはどうすればいいか. <BR> 外気温の調節や吸熱反応の利用？<BR> ３、保温ビンと断熱材、温度を電気に変換する装置、微小な電流も計測できる装置で作れた. <BR> ＜自分たちのチームも工学系が多いから、装置も自分たちで作っても面白いかも＞<BR>