研究概要

細胞内に論理的な仕組みを構築し、遺伝子発現をプログラム可能に制御する人工遺伝子回路は、バイオ産業から治療応用まで幅広い分野での活用が期待されている。部位特異的DNA組換え酵素やゲノム編集ツールを利用するDNA編集型回路は、DNA状態遷移を介して論理演算を模倣し、計算結果をDNA配列へと記録することで、多入力・多段階のプログラムを可能にする。

これまでDNA編集型回路は手作業によって設計されてきたが、DAN編集ツールや機能性遺伝子パーツの多様化により、その設計空間と実装可能な論理機能の範囲は拡大している。その結果、手作業による回路構成の網羅的探索や調整は、現実的ではなくなってきている。近年の大規模言語モデル（LLM）は、広範な分野知識と複数の制約を統合する推論能力有しており、こうした人工遺伝子回路設計を支援できる可能性がある。しかし、LLMが生成した設計が、要求されるDNA状態遷移や論理仕様を満たす保証はない。そのため、実験による構築、検証の前に、LLMの生成した回路設計の妥当性を計算機的に検証する仕組みが求められる。

本研究では、LLMによる人工遺伝子回路設計と計算機的検証を組み合わせた、人工遺伝子回路の自立設計プラットフォームを開発している（図1）。