(57)【要約】【課題】シグナル伝達のメカニズムを利用したナノバイオコンピューティングにおける演算方法およびそのためのデータ表現方法を提供する。【解決手段】ＧＴＰ結合タンパク質６０によるシグナル伝達を用いた演算方法は、複数種類のＧＴＰ結合タンパク質６０の混合物の各々の活性を目的演算式にしたがって制御するステップ６８と、制御するステップ６８においてそれぞれ活性が制御された複数種類のＧＴＰ結合タンパク質７０の各々に対し、目的演算式にしたがって、当該ＧＴＰ結合タンパク質７０によるシグナル伝達を制御する活性化因子又は不活性化因子７４を選択的に与えるステップ７２と、選択的に与えるステップ７２における産生物７８に含まれるシグナル伝達因子の構成から目的演算式の解を導出するステップ８０とを含む。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧＴＰ（グアノシン５’−三リン酸）結合タンパク質によるシグナル伝達を用いた演算方法であって、
複数種類のＧＴＰ結合タンパク質の混合物の各々の活性を目的演算式にしたがって制御するステップと、
前記制御するステップにおいてそれぞれ活性が制御された前記複数種類のＧＴＰ結合タンパク質の各々に対し、目的演算式にしたがって、当該ＧＴＰ結合タンパク質によるシグナル伝達を制御する活性化因子又は不活性化因子を選択的に与えるステップと、
前記選択的に与えるステップにおける産生物に含まれるシグナル伝達因子の構成から前記目的演算式の解を導出するステップとを含む、ＧＴＰ結合タンパク質によるシグナル伝達を用いた演算方法。
【請求項２】
前記制御するステップは、
前記目的演算式内の変数を、前記複数種類のＧＴＰ結合タンパク質のいずれかに割当て、各変数の値に応じて、対応するＧＴＰ結合タンパク質を活性化させるか不活性化させるかを決定するステップと、
前記複数種類のＧＴＰ結合タンパク質の混合物に対し、前記決定するステップにおける決定にしたがって、各ＧＴＰ結合タンパク質の活性化因子または不活性化因子を与えるステップとを含む、請求項１に記載のＧＴＰ結合タンパク質によるシグナル伝達を用いた演算方法。
【請求項３】
前記活性化因子または不活性化因子を与えるステップは、前記複数種類のＧＴＰ結合タンパク質の混合物に対し、前記決定するステップにおける決定にしたがって、各ＧＴＰ結合タンパク質を選択的に活性化させるＧＥＦ（グアニンヌクレオチド交換反応促進因子）または各ＧＴＰ結合タンパク質を選択的に不活性化させるＧＡＰ（ＧＴＰアーゼ活性化タンパク質）を選択的に与えるステップを含む、請求項２に記載のＧＴＰ結合タンパク質によるシグナル伝達を用いた演算方法。
【請求項４】
前記選択的に与えるステップは、前記制御するステップにおいてそれぞれ活性が制御された前記複数種類のＧＴＰ結合タンパク質の各々に対し、目的演算式にしたがって、当該ＧＴＰ結合タンパク質によるシグナル伝達を活性化させるキナーゼ又は不活性化させるホスファターゼを選択的に与えるステップを含む、請求項１〜請求項３のいずれかに記載のＧＴＰ結合タンパク質によるシグナル伝達を用いた演算方法。
【請求項５】
細胞におけるシグナル伝達経路を構成するタンパク質を用いたデータ表現方法であって、前記タンパク質の、前記シグナル伝達を活性化させる状態を第１の論理値、前記タンパク質の、前記シグナル伝達を不活性化させる状態を前記第１の論理値と異なる第２の論理値としてデータを表現することを特徴とする、データ表現方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はナノバイオコンピュータに関し、特に、ＧＴＰアーゼ（ｇｕａｎｏｓｉｎｅ  ｔｒｉｐｈｏｓｐｈａｔａｓｅ）の活性を持つＧＴＰ結合タンパク質の、ＧＴＰ（グアノシン５’−三リン酸）およびＧＤＰ（グアノシン５’−二リン酸）と特異的に結合する性質を用いたナノバイオコンピュータで用いられる演算方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＴＰ結合タンパク質とは、ＧＴＰおよびＧＤＰと特異的に結合し、結合したＧＴＰをＧＤＰと無機リン酸塩（Ｐｉ）とに加水分解する酵素（ＧＴＰアーゼ）の活性を持つタンパク質ファミリーの総称である。細胞内のシグナル伝達において、ＧＴＰ結合タンパク質が分子スイッチとして重要な役割を果たしていることが知られている。
【０００３】
図１に、ＧＴＰ結合タンパク質がＧＴＰおよびＧＤＰと結合することによりどのようにシグナル伝達をするかを模式的に示す。なお以下の説明および図面において、ＧＴＰ結合タンパク質を単にＧＴＰアーゼと呼ぶこととする。
【０００４】
図１を参照して、ＧＴＰアーゼ３０は、ＧＤＰ３２と結合しているときには不活性化状態である。不活性化状態のＧＴＰアーゼ３０とＧＴＰ３６とが存在している環境にＧＥＦ（グアニンヌクレオチド交換反応促進因子）３４を活性化因子として投入すると、ＧＴＰアーゼ３０と結合しているＧＤＰ３２がＧＴＰ３６と置換され、ＧＤＰ３８が解離されてＧＴＰ４２と結合したＧＴＰアーゼ４０が産生される。ＧＴＰ４２と結合したＧＴＰアーゼ４０は活性型であり、このＧＴＰアーゼ４０によってこれより下流のシグナル伝達経路４４を構成する種々のターゲット分子を活性化する。その結果、ＧＥＦ３４による活性化シグナルが、これらシグナル伝達経路を経由して細胞内を伝播する。
【０００５】
ＧＴＰアーゼ４０は、自身の持つＧＴＰアーゼ活性によりＧＴＰ４２を加水分解してＧＤＰと無機リン酸塩４８とを産生し、無機リン酸塩４８を解離してＧＤＰ３２が結合した不活性型のＧＴＰアーゼ３０に戻る。しかしこの反応はゆっくりしたものであり、生物の状態の急速な変化には対応しない。そうした急速な変化に対応するため、ＧＴＰ加水分解のためのＧＴＰアーゼ活性を促進する因子としてＧＡＰ（ＧＴＰアーゼ活性化タンパク質）がある。ＧＡＰ４６を加えることで、ＧＴＰアーゼ４０によるＧＴＰ４２の加水分解が促進され、活性化したＧＴＰアーゼ４０はＧＤＰ３２と結合した不活性型のＧＴＰアーゼ３０に速やかに戻る。
【０００６】
すなわち、ＧＴＰアーゼ３０、ＧＤＰ３２、ＧＴＰ３６などはシグナル伝達のためのスイッチとして機能し、このスイッチを制御して状態をオンとする制御因子がＧＥＦ３４であり、オンとなったＧＴＰアーゼ４０をオフする制御因子がＧＡＰ４６であるということができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一方、ＤＮＡ（デオキシリボ核酸）などの高分子の性質を利用して計算を行なう、いわゆる分子コンピューティングと呼ばれる分野がある。分子コンピューティングでは、ＤＮＡなどの分子に備わっている性質を利用して計算を行なう。分子コンピューティングにおいては、非常に多数の分子を利用して同時並列的に計算を行なうことができるので、いわゆるノイマン型コンピュータを用いた逐次的計算では天文学的な時間を必要とするような計算であっても、実用的な時間内に計算を完了できる可能性がある。
【０００８】
こうした分子コンピューティングにおいては、これまで主としてＤＮＡを用いた計算モデルの構築が試みられてきた。ＤＮＡは、それ自身で遺伝情報という符号情報を表す構造を持ち、かつ遺伝情報を子孫に残すための自己複製という機能を持つ。こうした性質をたくみに利用することにより、ＤＮＡコンピューティングが実現されている。
【０００９】
生物内で機能するＤＮＡ以外の高分子についても、ＤＮＡと同様にして分子コンピューティングを行なうことができる可能性がある。しかし今までのところ、そうした高分子による計算モデルの提案はなされていない。
【００１０】
一方、生体に関し最近脚光をあびている問題として、上述したシグナル伝達の問題がある。シグナル伝達の問題は、典型的には、細胞の受容体が受取ったシグナルがどのようにして細胞の中で伝達され、細胞質または核などに達するかを明らかにする問題である。シグナル伝達のメカニズムを明らかにすることにより、ガンなどの病気の発生メカニズムが解明できる可能性が高く、そうしたメカニズムを解明することにより特定の病気に対し特異的に効果がある薬品を創出することが容易になることが期待されている。
【００１１】
このシグナル伝達においては、何らかの情報が伝達されている。したがってシグナル伝達のメカニズムを利用すれば、分子コンピューティングと同様、効率的な演算を行なうことができる可能性がある。しかし、今まで、ＤＮＡコンピューティングに代表される分子コンピューティングと、シグナル伝達のメカニズムとを結びつける研究はされていなかった。また、仮に分子コンピューティングと同様のコンピューティング技術をシグナル伝達のメカニズムを利用して実現しようとする場合、そのための制御はできるだけ単純であることが望ましい。
【００１２】
そこで、本発明は、シグナル伝達のメカニズムを利用したナノバイオコンピューティングにおける演算方法およびそのためのデータ表現方法を提供することを目的とする。
【００１３】
本発明の他の目的は、シグナル伝達のメカニズムを利用し、単純な制御で演算を行なうことができるナノバイオコンピューティングにおける演算方法およびそのためのデータ表現方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のある局面に係るＧＴＰ結合タンパク質によるシグナル伝達を用いた演算方法は、複数種類のＧＴＰ結合タンパク質の混合物の各々の活性を目的演算式にしたがって制御するステップと、制御するステップにおいてそれぞれ活性が制御された複数種類のＧＴＰ結合タンパク質の各々に対し、目的演算式にしたがって、当該ＧＴＰ結合タンパク質によるシグナル伝達を制御する活性化因子又は不活性化因子を選択的に与えるステップと、選択的に与えるステップにおける産生物に含まれるシグナル伝達因子の構成から目的演算式の解を導出するステップとを含む。
【００１５】
各ＧＴＰ結合タンパク質の活性は、活性化状態と不活性化状態の二つの状態のいずれかに制御可能である。ＧＴＰ結合タンパク質の数をｍ個とすると、各ＧＴＰ結合タンパク質の活性を個別に制御することにより、２のｍ乗通りの値を表現できる。活性が制御されたＧＴＰ結合タンパク質の混合物に、ＧＴＰ結合タンパク質によるシグナル伝達を制御する活性化因子または不活性化因子を与えることにより、ＧＴＰ結合タンパク質の各々について、シグナル伝達を活性化させるか、不活性化させるかをさらに制御でき、その結果２の（２のｍ乗）乗通りの値を表現できる。２のｍ乗をｎと表せば、２のｎ乗通りの値を表すために、通常はｎ個の値を制御することが必要であるが、本局面によればｍ＝ｌｏｇ２ｎ個の値を制御すればよく、複雑な演算を少ない変数で実現できる。
【００１６】
好ましくは、制御するステップは、目的演算式内の変数を、複数種類のＧＴＰ結合タンパク質のいずれかに割当て、各変数の値に応じて、対応するＧＴＰ結合タンパク質を活性化させるか不活性化させるかを決定するステップと、複数種類のＧＴＰ結合タンパク質の混合物に対し、決定するステップにおける決定にしたがって、各ＧＴＰ結合タンパク質の活性化因子または不活性化因子を与えるステップとを含む。
【００１７】
好ましくは、活性化因子または不活性化因子を与えるステップは、複数種類のＧＴＰ結合タンパク質の混合物に対し、決定するステップにおける決定にしたがって、各ＧＴＰ結合タンパク質を選択的に活性化させるＧＥＦまたは各ＧＴＰ結合タンパク質を選択的に不活性化させるＧＡＰを選択的に与えるステップを含む。
【００１８】
選択的に与えるステップは、制御するステップにおいてそれぞれ活性が制御された複数種類のＧＴＰ結合タンパク質の各々に対し、目的演算式にしたがって、当該ＧＴＰ結合タンパク質によるシグナル伝達を活性化させるキナーゼ又は不活性化させるホスファターゼを選択的に与えるステップを含んでもよい。
【００１９】
本発明の第２の局面に係るデータ表現方法は、細胞におけるシグナル伝達経路を構成するタンパク質を用いたデータ表現方法であって、タンパク質の、シグナル伝達を活性化させる状態を第１の論理値、タンパク質の、シグナル伝達を不活性化させる状態を第１の論理値と異なる第２の論理値としてデータを表現することを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本実施の形態は、背景技術として述べたＲｈｏファミリにおけるＧＴＰアーゼのシグナル伝達経路を利用して、少ない制御入力で、解が多種類に及ぶ計算を行なうことのできるナノバイオコンピュータに関する。図２にこのナノバイオコンピュータにおける計算原理を示す。本実施の形態では、様々な種類が知られているＧＴＰアーゼが、それぞれ特定のＧＥＦおよびＧＡＰと特異的に反応し、それによって活性が制御されるという性質を利用する。
【００２１】
なお以下の実施の形態では、日本国の法律により科学研究に使用することが許可されている細胞を使用し、卵細胞は使用しない。日本国の大学の分子生物学研究室においてよく使用される細胞であって、典型的にはＭＤＣＫ（Ｍａｄｉｎ−Ｄａｒｂｙ  Ｃａｎｉｎｅ  Ｋｉｄｎｅｙ）エピセリウム細胞を用いる。これは上皮細胞である。
【００２２】
図２を参照して、このナノバイオコンピュータは、複数種類のＧＴＰアーゼ（の混合物）６０と、ＧＴＰアーゼ６０の中のそれぞれ特定の種類に関し、ＧＴＰとの結合およびＧＴＰの加水分解（ＧＤＰとの結合）をそれぞれ特異的に促進することが分っており、かつ特定のＧＴＰアーゼに対していずれを投入するかが予め目的演算式にしたがい決定されたＧＥＦおよびＧＡＰの混合物からなる制御入力６６の投入６７とを受け、対応するＧＥＦが投入されたＧＴＰアーゼ６０についてはＧＴＰ６２とＧＴＰアーゼ６０との結合、対応するＧＡＰが投入されたＧＴＰアーゼ６０に対してはＧＴＰアーゼ６０に結合したＧＴＰの加水分解（ＧＤＰ６４との結合）という二種の生化学反応を上皮細胞内で同時に進行させるためのＧＴＰアーゼ反応ユニット６８と、ＧＴＰアーゼ反応ユニット６８において得られる、ＧＴＰと結合し活性化したＧＴＰアーゼおよびＧＤＰと結合し不活性化したＧＴＰアーゼの混合物７０と、この混合物７０に対し、特定の種類のＧＴＰアーゼであってかつ活性化されたものと特異的に反応することが知られているシグナリング酵素からなる制御入力７４の投入７６とを受け、活性化したＧＴＰアーゼとシグナリング酵素との生化学反応をＭＤＣＫエピセリウム細胞内で行なわせることにより、シグナル伝達を行なうシグナリング分子７８を産生するためのシグナル伝達反応ユニット７２とを含む。
【００２３】
制御入力７４は、混合物７０に存在する可能性があり、かつ計算に用いることが想定されている全てのＧＴＰアーゼ６０に対応するシグナリング酵素の混合物を含む。
【００２４】
ナノバイオコンピュータはさらに、シグナル伝達反応ユニット７２において得られるシグナリング分子７８と、予測される全ての種類のシグナリング分子７８によるシグナルパスウェイを制御するための、予めシグナリング分子７８の各種類ごとに選択されたキナーゼ／ホスファターゼからなる制御入力８２の投入８４とを受け、対応するタンパク質のリン酸化／リン酸塩の加水分解によるシグナル伝達８６を生化学反応により行なうためのキナーゼ／ホスファターゼ反応ユニット８０とを含む。
【００２５】
本実施の形態では、例えばＧＴＰアーゼ反応ユニット６８の出力における情報の表現方法は以下のとおりである。図３を参照して、ＧＴＰアーゼ反応ユニット６８で使用するＧＴＰアーゼ６０がｍ種類あるものとする。ＧＴＰアーゼ反応ユニット６８の出力における情報は、ｉ番目（１≦ｉ≦ｍ）のＧＴＰアーゼがＧＴＰと結合していれば１、ＧＤＰと結合していれば０、という形で表現される。したがって図４のテーブル９０に示すように、ｍ種類のＧＴＰアーゼを用い、それらに対応してＧＥＦを投入するかＧＡＰを投入するかを制御することにより、混合物７０に含まれるｍ種類のＧＴＰアーゼがそれぞれＧＴＰと結合しているかＧＤＰと結合しているかを制御でき、それにより２のｍ乗ビットの情報を表現できる。
【００２６】
ｉ番目のＧＴＰアーゼをＧＴＰと結合させるためには、対応する制御入力６６−ｉとしてＧＥＦを投入し、ＧＤＰと結合させるためには、対応する制御入力６６−ｉとしてＧＡＰを投入すればよい。すなわち、制御入力６６−ｉの値をＸｉと表わし、制御入力６６−ｉとしてＧＥＦが投入されたときＸｉ＝１、ＧＡＰが投入されたときＸｉ＝０と考えることで、混合物７０の値を２のｍ乗通りの値のうちの任意のものにすることができる。
【００２７】
同様の理屈で、シグナル伝達反応ユニット７２において、混合物７０がｎ種類のＧＴＰアーゼを含み、したがってそれらがそれぞれＧＴＰと結合しているかＧＤＰと結合しているかによって全体としてｎビットの値を表現できるものとすれば、図５のテーブル１００に示すように、シグナル伝達反応ユニット７２の出力としては２のｎ乗通りの値をとることができる。
【００２８】
すなわち、ｍビットの制御入力６６により、ＧＴＰアーゼ反応ユニット６８の出力である混合物７０が表す値は２のｍ乗通りの値のうちのいずれをとるかを決めることができる。また混合物７０がｎビットの値を表すものとすれば、シグナル伝達反応ユニット７２の出力であるシグナリング分子７８によって、２のｎ乗通りの値が表現できる。ＧＴＰアーゼ反応ユニット６８の出力する混合物７０とシグナル伝達反応ユニット７２に入力される混合物７０とは等しいから、２のｍ乗＝ｎ、すなわちｍ＝ｌｏｇ２ｎ個の制御入力によって２のｎ乗個の値のいずれかをとるような演算を行なうことができる。通常２のｎ乗通りの値のいずれかをとるような演算を制御するためにはｎ個の制御入力の値を制御する必要があるが、本実施の形態に係るナノバイオコンピュータによれば、ｌｏｇ２ｎ個という対数オーダの制御入力でｎ個の制御入力を制御する場合と同様の演算を行なうことができる。
【００２９】
なお、以上述べた混合物７０中において、特定のＧＴＰアーゼがＧＴＰと結合しているかＧＤＰと結合しているかは、ＧＴＰまたはＧＡＰとの生化学反応において、同時にラベル分子を投入しておき、反応が生じた場合にはそのラベル分子が反応分子に取り込まれるようにしておけばよい。
【００３０】
［演算原理］
図６を参照して、本実施の形態に係るナノバイオコンピュータの動作について説明する。なお、まずこのナノバイオコンピュータにより特定の演算、例えば論理演算が可能であることを示す。説明を簡単にするために、以下の説明ではＧＴＰアーゼ反応ユニット６８の入出力のみを用い、「Ｘ１または¬Ｘ２（Ｘ２の否定）が成立している場合のＸ１およびＸ２の値として可能なものの組み合わせを求める」問題について、本実施の形態に係るナノバイオコンピュータで回答が導き出せることを示す。
【００３１】
図６を参照して、この問題１１０に対応して、Ｘ１に対応するＧＴＰアーゼ１４０（これをＸ１−ＧＴＰアーゼ１４０と呼ぶ。）と、Ｘ２に対応するＧＴＰアーゼ１４２（これをＸ２−ＧＴＰアーゼ１４２と呼ぶ。）とを少なくとも含むＧＴＰアーゼの混合物１２０を準備する。ここに、問題１１０中の「Ｘ１」に対応して、Ｘ１−ＧＴＰアーゼ１４０と特異的に反応するＧＥＦ１５０（これをＸ１−ＧＥＦ１５０とする。）とラベル１５２とを投入する。同様に問題１１０中の「¬Ｘ２」に対応して、Ｘ２−ＧＴＰアーゼ１４２と結合しているＧＴＰの加水分解を特異的に促進するＧＡＰ１８０（これをＸ２−ＧＡＰ１８０とする。）とラベル１８２とを投入する。すなわち、目的演算式にしたがって、各ＧＴＰアーゼを活性化させるか不活性化させるかを制御する。
【００３２】
Ｘ１−ＧＥＦ１５０の投入により、Ｘ１−ＧＥＦの信号経路１２２ではＸ１−ＧＴＰアーゼ１４０とＸ１−ＧＥＦ１５０との反応が起き、ＧＴＰおよびラベルと結合したＸ１−ＧＴＰアーゼ１６０と、ＧＴＰと結合したＸ２−ＧＴＰアーゼ１６２との混合物１２４、またはＧＴＰおよびラベルと結合したＸ１−ＧＴＰアーゼ１７０と、ＧＤＰと結合したＸ２−ＧＴＰアーゼ１７２との混合物１２６とが得られる。いずれにせよ、Ｘ１−ＧＴＰアーゼはＸ１−ＧＥＦ１５０の投入を受けてＧＴＰと結合しており、それはラベルにより確認できる。
【００３３】
一方、Ｘ２−ＧＡＰ１８０の投入により、Ｘ２−ＧＥＦの信号経路１２８では、Ｘ２−ＧＴＰアーゼ１４２がＧＴＰと結合していたとしてもＧＴＰの加水分解が生じ、ラベル付のＧＤＰと結合したＸ２−ＧＴＰアーゼ１９２と、ＧＴＰと結合したＸ１−ＧＴＰアーゼ１９０との混合物１３０、またはラベル付のＧＤＰと結合したＸ２−ＧＴＰアーゼ２０４と、ＧＤＰと結合したＸ１−ＧＴＰアーゼ２００との混合物１３２とが得られる。
【００３４】
以上をまとめると、図７に示すようになる。すなわち、Ｘ１−ＧＴＰアーゼまたはＸ２−ＧＴＰアーゼがＧＴＰと結合している状態を１、ＧＤＰと結合している状態を０とすれば、Ｘ１−ＧＴＰアーゼの状態（１または０）およびＸ２−ＧＴＰアーゼの状態（１または０）をこの順序で並べると、混合物１２４では「１、１」、混合物１２６で「１、０」、混合物１３０では「１、０」、混合物１４０では「０、０」となる。
【００３５】
図６に示す論理式１１０を満足するＸ１およびＸ２の論理値の組合わせを表形式で表したのが図８である。図８においては、「Ｔ」は真を、「Ｆ」は偽を、それぞれ表す。図７に示す結果において「１」を「Ｔ」に、「０」を「Ｆ」に、それぞれ対応させると、図８の表と一致することが分る。すなわち、図２に示すＧＴＰアーゼ反応ユニット６８の産生物の構成を調べることにより、式１１０を充足するＸ１およびＸ２の値の組合わせを求めることができる。
【００３６】
ＧＴＰアーゼ反応ユニット６８の出力にさらにシグナル伝達反応ユニット７２における生化学反応を用いた場合、演算内容は複雑になるが、基本的には上述したのと同様の形でシグナル伝達反応ユニット７２の産生物の構成を調べることにより演算の解の導出を行なうことができる。
【００３７】
［動作］
図２を参照して、以上に構造を説明した本実施の形態に係るナノバイオコンピュータは以下のように動作する。予め、所定の数の種類のＧＴＰアーゼ６０がＭＤＣＫエピセリウム細胞内に存在しているものとし、また十分な量のＧＴＰ６２およびＧＤＰ６４も存在しているものとする。
【００３８】
行ないたい演算の条件にあわせ、制御入力６６としてどのＧＴＰアーゼ６０に対応するＧＥＦを投入し、どのＧＴＰアーゼ６０に対応するＧＡＰを投入するかを決め、制御入力６６としてＧＴＰアーゼ反応ユニット６８に投入する。ＧＴＰアーゼ反応ユニット６８では、既に説明したとおり、対応するＧＥＦが投入されたＧＴＰアーゼはＧＴＰと結合し活性化する。また対応するＧＡＰが投入されたＧＴＰアーゼは、結合しているＧＴＰを加水分解し不活性化してＧＤＰと結合したＧＴＰアーゼとなる。これら活性化したＧＴＰアーゼおよび不活性化したＧＴＰアーゼは混合物７０としてシグナル伝達反応ユニット７２に与えられる。
【００３９】
シグナル伝達反応ユニット７２においては、特定の種類の活性化したＧＴＰアーゼとそれぞれ反応することが知られているシグナリング酵素が混合物７０に対し投入される。活性化されたＧＴＰアーゼと酵素が反応することにより、対応するキナーゼ／ホスファターゼシグナル伝達経路を活性化するシグナリング分子７８が産生され、キナーゼ／ホスファターゼ反応ユニット８０に与えられる。
【００４０】
キナーゼ／ホスファターゼ反応ユニット８０では、さらにシグナリング分子７８の各々に対応する制御入力８２が与えられ、シグナリング分子７８内に所定のシグナリング分子が存在しているか否かがさらに下流のシグナル経路８６へのシグナル伝達により判定される。このようにしてシグナリング分子７８の構成を調べることにより、シグナル伝達反応ユニット７２の出力結果（シグナル伝達反応ユニット７２の産生物の構成）が分る。この値は、制御入力６６として投入されたＧＥＦまたはＧＡＰによって定まる。
【００４１】
したがって、予め所定の問題に対する所定の演算結果を探索するため、制御入力６６として投入するＧＥＦおよびＧＡＰの組合わせを定めておくと、シグナル伝達反応ユニット７２の出力に含まれるシグナリング分子７８を調べることで、当初の問題に対する演算結果を得ることができる。
【００４２】
この演算は細胞内で同時並列的に行なわれる。そのため、非常に複雑な演算であっても短時間に実行しその結果を確認することができる。また、制御入力の複雑さは、最終的に得られる値の数を２のｎ乗通りとすれば、ｌｏｇ２ｎという、ｎの対数のオーダとなる。その結果、簡単な制御入力の組合わせを用い、複雑な演算を高速に実行することができる。
【００４３】
今回開示された実施の形態は単に例示であって、本発明が上記した実施の形態のみに制限されるわけではない。本発明の範囲は、発明の詳細な説明の記載を参酌した上で、特許請求の範囲の各請求項によって示され、そこに記載された文言と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含む。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】ＧＴＰ結合タンパク質がＧＴＰおよびＧＤＰと結合することによりどのようにシグナル伝達をするかを模式的に示す図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るナノバイオコンピュータの構成を模式的に示す図である。
【図３】本発明の一実施の形態における情報の表現方法を説明するための図である。
【図４】本発明の一実施の形態におけるＧＴＰアーゼ反応ユニット６８の入力と出力との関係を例示する図である。
【図５】本発明の一実施の形態におけるシグナル伝達反応ユニット７２の入力と出力との関係を例示する図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係るナノバイオコンピュータの演算原理を説明するための図である。
【図７】本発明の一実施の形態に係るナノバイオコンピュータの演算原理を説明するための図である。
【図８】本発明の一実施の形態に係るナノバイオコンピュータの演算原理を説明するための、所定の論理式を充足する変数の組合わせを説明する図である。
【符号の説明】
【００４５】
６０  ＧＴＰアーゼ
６２  ＧＴＰ
６４  ＧＤＰ
６６  制御入力（ＧＥＦまたはＧＡＰ）
６８  ＧＴＰアーゼ反応ユニット
７０  混合物
７２  シグナル伝達反応ユニット
７４  制御入力（シグナリング酵素）
７８  シグナリング分子
８０  キナーゼ／ホスファターゼ反応ユニット
８２  制御入力
【図１】
2006127406.tif 000003
【図２】
2006127406.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006127406.tif 000006
【図５】
2006127406.tif 000007
【図６】
2006127406.tif 000008
【図７】
2006127406.tif 000009
【図８】
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