(57)【要約】【課題】設計したＤＮＡを利用する際に生じる誤り等を回避しうる、ＤＮＡの遺伝情報を含まない任意の非コード領域に任意の情報を書き込むための情報担体としての情報コードの集合からなるＤＮＡ符号の設計方法を提供すること。【解決手段】所定の長さのＤＮＡ配列を、Ｇ又はＣとＡ又はＴを０と１からなるビット列（テンプレート）で表わした場合、各テンプレート間、シフト配列間、連結配列間とのハミング距離が、いずれも所定値以上になるテンプレートを選択し、さらにその中から長さｍのサブワード制約を有するテンプレートを選定する。こうして選択したテンプレートと、長さｍのサブワード制約を有する所定の誤り訂正符号の符号語と組み合わせることにより情報伝達における単位信号に対応する塩基配列の集合Ｓ１を得る。【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の長さｎ（ｎは６以上の整数）のオリゴヌクレオチド配列を、その各ポジションがＧ又はＣ（［ＧＣ］）あるいはＡ又はＴ（［ＡＴ］）であることを意味する、０と１からなる所定の長さＬ（Ｌは６以上の整数）のビット列（ＧＣテンプレート）で表わした場合、各ＧＣテンプレート間のハミング距離、各ＧＣテンプレートの逆配列との間のハミング距離、これらをシフトした配列との間のハミング距離、並びに、各ＧＣテンプレート同士、各ＧＣテンプレートの逆配列同士、及び各ＧＣテンプレートとその逆配列を連結した配列との間のハミング距離が、いずれも所定値ｋ以上になるＧＣテンプレートを選択し、かかる選択されたＧＣテンプレートの集合から、長さｍのサブワード制約を有する集合をテンプレートとして選定し、同じく長さｍのサブワード制約を有する所定の誤り訂正符号の符号語と組み合わせることによりオリゴヌクレオチド配列の集合Ｓ１を作成することを特徴とするＤＮＡ符号の設計方法。
【請求項２】
所定の長さｎ（ｎは６以上の整数）のオリゴヌクレオチド配列を、その各ポジションがＡ又はＧ（［ＡＧ］）あるいはＴ又はＣ（［ＣＴ］）であることを意味する、０と１からなる所定の長さＬ（Ｌは６以上の整数）のビット列（ＡＧテンプレート）で表わした場合、各ＡＧテンプレート間のハミング距離、各ＡＧテンプレートの逆反転配列との間のハミング距離、これらをシフトした配列との間のハミング距離、並びに、各ＡＧテンプレート同士、各ＡＧテンプレートの逆反転配列同士、及び各ＡＧテンプレートとその逆反転配列を連結した配列との間のハミング距離が、いずれも所定値ｋ以上になるＡＧテンプレートを選択し、かかる選択されたＡＧテンプレートの集合から、長さｍのサブワード制約を有する集合をテンプレートとして選定し、同じく長さｍのサブワード制約を有する所定の誤り訂正符号の符号語と組み合わせることによりオリゴヌクレオチド配列の集合Ｓ１を作成することを特徴とするＤＮＡ符号の設計方法。
【請求項３】
ハミング距離ｋを保つオリゴヌクレオチド配列の集合Ｓ１が、各配列同士の間、他の各配列の相補配列との間、これらをシフトした配列との間、並びに、前記各配列同士、前記相補配列同士、及び前記各配列と前記相補配列を連結した配列との間に、所定値以上のミスマッチを含み、前記各配列同士の間、他の各配列の相補配列との間、これらをシフトした配列との間、並びに、前記各配列同士、前記相補配列同士、及び前記各配列と前記相補配列を連結した配列との間でのミスハイブリダイゼーションを回避することができ、また情報の復号を容易にすることを特徴とする請求項１又は２記載のＤＮＡ符号の設計方法。
【請求項４】
所定の長さｎのオリゴヌクレオチド配列の集合Ｓ１が、３２以下の長さのオリゴヌクレオチド配列の集合Ｓ１であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載のＤＮＡ符号の設計方法。
【請求項５】
ハミング距離の所定値ｋが、Ｌの１／４以上の値であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載のＤＮＡ符号の設計方法。
【請求項６】
長さｍのサブワード制約が、Ｌの１／２以上の値であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか記載のＤＮＡ符号の設計方法。
【請求項７】
オリゴヌクレオチド配列の集合Ｓ１が、特定の部分配列を含む、又は特定の部分配列を含まないオリゴヌクレオチド配列の集合であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか記載のＤＮＡ符号の設計方法。
【請求項８】
所定の誤り訂正符号の符号語が、ハミング符号、ＢＣＨ符号、最大長系列符号、Ｇｏｌａｙ符号、ＲｅｅｄＭｕｌｌｅｒ符号、ＲｅｅｄＳｏｌｏｍｏｎ符号、Ｈａｄａｍａｒｄ符号、Ｐｒｅｐａｒａｔａ符号、リバーシブル符号、重み一定符号、非線型符号から選ばれる符号語であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか記載のＤＮＡ符号の設計方法。
【請求項９】
記号単位に対応する塩基配列の集合が、天然のＤＮＡと異なる配列を有し、かつ一定の［ＧＣ］［ＡＴ］または［ＣＴ］［ＡＧ］の並びを有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか記載のＤＮＡ符号の設計方法。
【請求項１０】
ＤＮＡの遺伝情報を含まない任意の非コード領域に、コンピュータで解読可能なコード体系を用いて任意の情報を書き込むことができる、記号単位に対応する塩基配列の集合からなることを特徴とするＤＮＡ符号。
【請求項１１】
一定の［ＧＣ］［ＡＴ］または［ＣＴ］［ＡＧ］の並びを有し、融解温度が所定の範囲内に揃うように設計された塩基配列の集合からなることを特徴とする請求項１０記載のＤＮＡ符号。
【請求項１２】
数塩基のスキップまたは置換等の誤りの検出が容易な塩基配列の集合からなることを特徴とする請求項１０又は１１記載のＤＮＡ符号。
【請求項１３】
記号単位に対応する塩基配列の読み枠のずれや、複数塩基の置換等の誤りの存在下でも高い信頼度で解読（復号）できる誤り訂正機能を備えていることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか記載のＤＮＡ符号。
【請求項１４】
記号単位に対応する塩基配列同士で安定な二次構造を形成せず、文字をどのように連結してもプライマーによる増幅を妨げるような物理的阻害が生じないことを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか記載のＤＮＡ符号。
【請求項１５】
天然のＤＮＡと容易に区別しうる、記号単位に対応する塩基配列の集合からなることを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか記載のＤＮＡ符号。
【請求項１６】
塩基配列における塩基並び方が制限され、特定の部分配列が出現するかどうかを簡単に検証することができることを特徴とする請求項１０〜１５のいずれか記載のＤＮＡ符号。
【請求項１７】
いかなるハイブリダイゼーションでも少なくとも４つの位置でミスマッチを示し、連続的なサブシーケンスが高々６つしかなく、最近接塩基対概算において同じ融解温度を保持する、長さ１２、１１２語の符号語からなることを特徴とする請求項１０〜１６のいずれか記載のＤＮＡ符号。
【請求項１８】
請求項１〜９のいずれか記載の設計方法により得ることができることを特徴とする請求項１０〜１７のいずれか記載のＤＮＡ符号。
【請求項１９】
請求項１０〜１８のいずれか記載のＤＮＡ符号を、ＤＮＡの遺伝情報を含まない任意の非コード領域に埋め込むことを特徴とするＤＮＡへの任意の情報の書込み方法。
【請求項２０】
ＤＮＡがベクターＤＮＡであることを特徴とする請求項１９記載のＤＮＡへの任意の情報の書込み方法。
【請求項２１】
ＤＮＡがゲノムＤＮＡであることを特徴とする請求項１９記載のＤＮＡへの任意の情報の書込み方法。
【請求項２２】
ＤＮＡ符号により、ＤＮＡの作成者を識別することができることを特徴とする請求項１９〜２１のいずれか記載のＤＮＡへの任意の情報の書込み方法。
【請求項２３】
請求項１０〜１８のいずれか記載のＤＮＡ符号が、ＤＮＡの遺伝情報を含まない任意の非コード領域に埋め込まれたことを特徴とする標識化ベクター。
【請求項２４】
請求項１０〜１８のいずれか記載のＤＮＡ符号が、ＤＮＡの遺伝情報を含まない任意の非コード領域に埋め込まれたことを特徴とする標識化細胞。
【請求項２５】
請求項１０〜１８のいずれか記載のＤＮＡ符号を有することを特徴とするＤＮＡタグ。
【請求項２６】
請求項１０〜１８のいずれか記載のＤＮＡ符号を有することを特徴とするＤＮＡ計算システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人工的に設計したＤＮＡを情報担体として利用する際に生じうる誤り等を回避しうる、生体高分子へ情報を書き込むための単純で一般的な情報担体としてのＤＮＡ符号の設計方法、かかる設計方法により得られるＤＮＡ符号、かかるＤＮＡ符号語を遺伝情報を含まない任意の非コード領域に埋め込むことによるＤＮＡへの任意の情報書込み手法等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＤＮＡは４種類の塩基、すなわちアデニン（Ａ），シトシン（Ｃ），グアニン（Ｇ），チミン（Ｔ）が鎖状に連結した構造を有し、ＡはＴと、ＣはＧと水素結合により塩基対を形成することから、Ａ−Ｔ，Ｃ−Ｇは相補的であるといわれ、２本のＤＮＡ鎖が相補的に２重らせん構造を有し、かかるＤＮＡ２重らせんは、温度が上昇すると１本鎖ＤＮＡずつに解離し、温度が降下すると再び相補鎖と結合する。この相補鎖と結合する過程はハイブリダイズといわれ、ＤＮＡ鎖の解離する温度やハイブリダイズする温度は、その配列中のＧＣ含量に左右されることがよく知られている。また、２本鎖における非相補的塩基対は、安定した水素結合を形成することができず、（塩基の）ミスマッチと呼ばれている。ＤＮＡ２重らせんの安定性（例えば、自由エネルギー）は、塩基のミスマッチの数及び分布に依存している（例えば、非特許文献１参照。）。このＤＮＡを用いて情報を記述するには、文字に対応する複数のオリゴヌクレオチド配列を用意する。このような固定長の人工オリゴヌクレオチド配列の集合は、以下に示すように多くの応用分野で用いられている。
【０００３】
例えば、バイオテクノロジーの進展に伴い人為的な遺伝子改変が日常的に行なわれ、改変した遺伝子の著作権を保護することが重要視されている。しかしながら、遺伝子には４塩基の組み合わせによって構成されている以外に特に主だった特徴はなく、遺伝子改変によって新規作製された生物細胞、若しくは遺伝子断片等を特徴づけ、不正利用から保護する方法は未だ確立されていない。こうした開発者の意図しない利用や盗用に歯止めをかけるためには、ＤＮＡ署名（ＤＮＡ  ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）またはＤＮＡステガノグラフィー（他の情報内に隠すことで実現する、表向きは見えない署名）が有用とされる。これは、ＤＮＡの出所を識別するために署名情報をＤＮＡ塩基配列として表現し、人為的に改変したゲノムに、識別用の塩基配列を組み込むことで実現される（例えば、特許文献１参照。）。実用上は、固定長のオリゴヌクレオチド配列を人為的に設計し、署名用配列として利用する。
【０００４】
また、現在のコンピュータと異なる計算パラダイムの代表として「ＤＮＡコンピュータ」と呼ばれる、まったく新しいタイプのコンピュータがある（例えば、非特許文献２参照。）。この研究分野では、数学の問題等を解くために論理変数又はグラフの構成要素をＤＮＡの塩基配列として表現し、その塩基配列に分子生物学における実験的方法を適用することにより、記号処理を実現する。ここでも、人為的に設計された固定長オリゴヌクレオチド配列の集合が使用される。
【０００５】
また、ＤＮＡタグ／アンチタグシステム（例えば、非特許文献３〜５参照。）では、固定長の短いオリゴヌクレオチドタグを用いて遺伝子発現量を観察する。これらのタグは、個々の遺伝子に対応する情報を表現した符号とみなすことができる。その他、ＤＮＡをデータ蓄積の将来的な媒体として利用する方法（例えば、非特許文献６参照。）も提唱されている。これらのアプローチでも個々のデータを表現するために固定長のオリゴヌクレオチド配列を利用する。
【０００６】
以上の手法は全て塩基配列に情報を書き込むことを主眼としており、「ＤＮＡ符号」の設計を必要とする。ここでＤＮＡ符号とは、同じ長さを持つ、互いに異なる塩基配列の集合である。こうして設計されるＤＮＡ符号が満たすべき制約とは、全符号語（塩基配列）について融解温度などの物理的性質が一定であることと、符号語の間で望ましくないハイブリダイゼーション（ミスハイブリダイゼーション）を起こさないことであり、その設計法は、古典的な誤り訂正符号の設計法と多くの共通点をもつ。しかしＤＮＡ符号の設計は誤り訂正符号のそれと異なる部分もあり、標準的な設計方法は存在しない。以下、従来ＤＮＡ符号の設計に用いられてきた３つの基本的アプローチについて説明する：（１）テンプレート−マップ戦略（ｔｅｍｐｌａｔｅ−ｍａｐ  ｓｔｒａｔｅｇｙ）、（２）Ｄｅ  Ｂｒｕｉｊｎ配列による設計（ＤｅＢｒｕｉｊｎ  ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）、及び（３）確率的方法（ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃ  ｍｅｔｈｏｄ）である。
【０００７】
（テンプレート−マップ戦略）
この設計法は、Ｃｏｎｄｏｎのグループが最初に提案した（例えば、非特許文献７参照。）。基本的なアイデアは、ＤＮＡ符号における制約を２つの２進符号に割り振り、両者を組み合わせて４進符号（ＤＮＡ符号）を構成する。例えば、ＧＣ含量を一定に保つ２進符号（テンプレート（ｔｅｍｐｌａｔｅ）と呼ばれる）と、符号語間のミスマッチを保証する２進符号（マップ（ｍａｐ）と呼ばれる）を組み合わせ、両者の制約をともに満たす４進符号を設計する。Ｆｒｕｔｏｓ  ｅｔ  ａｌ．は、長さ８のＤＮＡ符号１０８語を設計、（１）各符号語は４つのＧＣを持ち、（２）各符号語の間には、相補配列を含め少なくとも４つのミスマッチを持つ（例えば、非特許文献８参照。）ようにした。また、Ｌｉ  ｅｔ  ａｌ．はＨａｄａｍａｒｄ符号（Ｈａｄａｍａｒｄ  ｃｏｄｅ）を使用し、この設計法をより長いＤＮＡ符号へと一般化した（例えば、非特許文献９参照。）。例として長さ１２でミスマッチ数が少なくとも６のＤＮＡ符号を５２８語設計している。
【０００８】
テンプレート−マップ戦略は、二つの２進符号を組み合わせてＤＮＡ符号を作成するため、この手法で設計したＤＮＡ符号は従来２進符号で研究された性質しか満たすことができない。しかしＤＮＡは、電子的に用いられる符号と異なり符号語の区切り（ｃｏｍｍａ）を特定できないため、符号語の読み枠がずれた場合に、ずれていることを必ず検出できる仕組みを持たせる必要がある。この性質はコンマを必要としないという意味でコンマフリー（ｃｏｍｍａ−ｆｒｅｅ）と呼ばれる。符号語の連結部分と各符号語の間で、（読み枠がずれた際に）必ずミスマッチをｄ個生じる符号を、インデクスｄのコンマフリー符号という。残念なことに、２進符号において高いインデクスのコンマフリー符号に関する理論はほとんど研究されていない。そのため（例えば、非特許文献１４、１５参照。）、テンプレート−マップ戦略ではＤＮＡ符号にコンマフリー性を持たせることができない。
【０００９】
（Ｄｅ  Ｂｒｕｉｊｎの構成）
塩基対が連続して一致する長さが長い程、ミスハイブリダイゼーションの危険性は高くなる。そのため、長さｋの連続した塩基の一致を持たない（ｋ：通常は７から８）制約（サブワード制約）を課する必要がある。Ｂｅｎ−Ｄｏｒ  ｅｔ  ａｌ．は、オーダーｋのＤｅ  Ｂｒｕｉｊｎ配列から同じ融解温度を有する長さｋの配列を切り出してくることにより、長さｋのサブワード制約を満たすオリゴヌクレオチドタグの最適選択アルゴリズムを示した（例えば、非特許文献１１参照。）。オーダーｋのＤｅ  Ｂｒｕｉｊｎ配列とは長さｋの配列が正確に１度生じる、長さ２ｋの巡回配列（ｃｉｒｃｕｌａｒ  ｓｅｑｕｅｎｃｅ）であり、Ｄｅ  Ｂｒｕｉｊｎ配列を構成するための線形時間アルゴリズム（ｌｉｎｅａｒ  ｔｉｍｅ  ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）が知られている。
Ｄｅ  Ｂｒｕｉｊｎ配列を用いる類似手法は他にもあり、こうして構成されたタグを利用したＤＮＡチップが市販されている（例えば、特許文献２、非特許文献１２参照。）。
【００１０】
オーダーｋのＤｅ  Ｂｒｕｉｊｎ配列から選んだオリゴヌクレオチド配列は、長さｋ以上の連続一致を持たないため、ＤＮＡ符号語の長さを２ｋ以上にすれば符号語の連結部分が他の符号語と完全に一致することを防ぐことができる（インデクス１のコンマフリー符号）。実際、Ｂｒｅｎｎｅｒは、インデクス１のコンマフリー符号をオリゴヌクレオチドタグの設計に適用した（例えば、特許文献３、非特許文献１６、１７参照。）。しかしＤｅ  Ｂｒｕｉｊｎ配列を用いた場合、インデクスが２以上のコンマフリー符号を持たせることは難しい。また、Ｄｅ  Ｂｒｕｉｊｎ配列を利用して設計した符号語間ではミスマッチの個数を保証することも難しい。従って、高いインデクスのコンマフリー性や、符号語間でミスマッチ個数の多いＤＮＡ符号を設計することは非常に難しい。
【００１１】
（確率的方法）
確率的方法は、符号の設計に最も広く使用されるアプローチである。Ｄｅａｔｏｎ  ｅｔ  ａｌ．は、「拡張した（ｅｘｔｅｎｄｅｄ）」Ｈａｍｍｉｎｇ制約、すなわち、シフトした場合のミスマッチも考慮する制約を満たし、かつ融解温度の揃った符号語を探すために、遺伝的アルゴリズムを用いた（例えば、非特許文献１８参照。）。彼らの報告によれば、問題の複雑さのために、遺伝的アルゴリズムは長さ２５までの符号語の設計にしか適用できない（例えば、非特許文献１９参照。）。
【００１２】
Ｌａｎｄｗｅｂｅｒ  ｅｔ  ａｌ．は、長さ１５の符号語１０語を２セット設計するために、ランダムな符号語生成プログラムを使用した。それにより設計した配列は、以下の条件を満たす：（１）どの符号語をつなぎあわせても、５以上の塩基の連続一致がない、（２）４５℃に揃った融解温度、（３）二次構造の回避、及び（４）７つの塩基対以上の連続した組み合わせはない（最初の条件が満たされていれば、４つ目の条件は不要である。ここには原典に示されている条件を提示した。）。彼らはこれらの制約を、３種の塩基のみで実現した（例えば、非特許文献２０参照。）。同じように、３種の塩基のみから符号語を設計したグループは、設計にランダムな符号生成を用いている（例えば、非特許文献２１〜２３参照。）。
【００１３】
確率的方法に用いるアルゴリズムの理論的な分析はなされていないが、その手法の威力は、Ｔｕｌｐａｎ  ｅｔ  ａｌ．（例えば、非特許文献２４参照。）の研究において明らかにされている。彼らは、確率的方法によりテンプレート−マップ戦略によって設計された符号の語数を増加させることはができたが、確率的方法だけではテンプレート−マップ戦略による設計をしのぐことはできなかった。従って確率的方法は、既に設計された符号語の数を増やすために用いることが好ましい。確率的方法の欠点は、（確率的であるがゆえに）設計される符号語が毎回異なる点、設計可能な符号語の数を推し量れない点、設計される符号語の特徴（例えばミスマッチの個数など）をあらかじめ推し量ることができない点などである。
【００１４】
以上、設計の従来法を示したが、いずれも短所があり理想的な設計法とは言いがたい。理想的なＤＮＡ符号語は、以下に説明するさまざまな制約を満たさねばならない。
（ハミング距離の制約）
設計したＤＮＡ符号は、全ての符号語間で、ハミング距離を大きく保たねばならない。誤り訂正符号の理論と比べＤＮＡ符号設計をより困難にしているのは、符号語のみならず、それらの相補配列とのハイブリダイゼーションにおけるミスマッチ数も考慮しなければならない点である。
【００１５】
（Ｃｏｍｍａ−Ｆｒｅｅの制約）
Ｃｏｍｍａ−Ｆｒｅｅとは、符号語の読み枠が揃った際のミスマッチ個数のみならず、配列の読み枠がずれた時でも所定のミスマッチ数が保証される性質である。ＤＮＡは固定された読み枠を持たないため、設計した符号はｃｏｍｍａ−ｆｒｅｅであることが望ましい。定義上は、２つの必ずしも相違しない符号語、ｘ１ｘ２…ｘｎ及びｙ１ｙ２…ｙｎの連結部分（すなわち、ｘｒ＋１ｘｒ＋２…ｘｎｙ１ｙ２…ｙｒ；０＜ｒ＜ｎ）が、別の符号語と必ずｄ個以上のミスマッチを含む場合、コードはインデクスｄでｃｏｍｍａ−ｆｒｅｅである（例えば、非特許文献２５、２６参照。）。従って、ＤＮＡ符号は、高いインデクスでｃｏｍｍａ−ｆｒｅｅでなくてはならない。ここで留意すべきは、ｃｏｍｍａ−ｆｒｅｅという性質が、符号語間に「スペーサー（ｓｐａｃｅｒ）」符号語を導入することによっては補償されないことである。かかるスペーサーの存在は、符号語の復号を容易にはできても、ミスハイブリダイゼーションの回避には貢献しない。また、スペーサーは、余分なＤＮＡ配列を各符号語間に入れるため、情報の密度を減らしてしまう。
【００１６】
（エネルギーの制約）
ミスマッチに対する上記制約に加え、ＤＮＡ符号の融解温度を揃えることは、実験おいて偏りない反応を保証するために必要である。融解温度を推定するための公式は複数ある：（１）非常に短いオリゴヌクレオチドについては、ＧＣ含量又は２−４ルール（２−４ルールでは、融解温度を（ＡＴ塩基対の数）×２＋（ＧＣ塩基対の数）×４℃で評価する。）、（２）比較的短いオリゴヌクレオチドについては、最近接塩基対法を用いた概算（例えば、非特許文献２７、２８参照。）、そして（３）より長いオリゴヌクレオチドについては、Ｗｅｔｍｕｒの概算（例えば、非特許文献２９参照。）である。これら公式のうちのひとつを使用することにより、全符号語の融解温度が狭い範囲内にあるように設計することができる。
【００１７】
（その他の制約）
利用するモデルによって、塩基のミスマッチに関する以下の制約が知られている。
１．制限酵素の認識部位、塩基の単なる反復、又はその他生物学的なシグナル配列などに対応する部分配列が出現しないようにすること。この制約は、設計した符号語中のみならず、それらの（相補配列を含めた）連結部分のどこにもあってはならない。この制約は符号語の書き込み先がゲノムＤＮＡなどあらかじめ決まった配列の場合、また特定の制限酵素を使用する場合に必要となる。
２．長さｋのサブワードが、設計した符号語とそれらの連結の間に２度以上現れないこと。この制約は、ミスハイブリダイゼーションの回避を確実にするために必要である。
３．期待される符号語のハイブリダイゼーションを妨げるような二次構造が生じてはならない。この制約は、ＤＮＡ符号語の応用分野において温度調節が重要な役割を占める場合に必要となる。
【００１８】
【特許文献１】
特開２００１−３５２９８０号公報
【特許文献２】
欧州特許第９７３０２３１３号公報
【特許文献３】
米国特許第５６０４０９７号明細書
【非特許文献１】
Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ３７，  ２６，  ９４３５−９４４４，  １９９８
【非特許文献２】
Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２６６，  ５１８７，  １０２１−１０２４，  １９９４
【非特許文献３】
Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｃａｄｅｍｙ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ  ｏｆ  ＵＳＡ  ８９，  １２，  ５３８１−５３８３，  １９９２
【非特許文献４】
Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｃａｄｅｍｙ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ  ｏｆ  ＵＳＡ  ９７，  ４，  １６６５−１６７０，  ２０００
【非特許文献５】
Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  Ｂｉｏｌｏｇｙ  ７，  ３−４，  ５０３−５１９，  ２０００
【非特許文献６】
１０ｔｈ  Ｆｏｒｅｓｉｇｈｔ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  （Ｂｅｔｈｅｓｄａ，  ＵＳＡ）  Ｐｏｓｔｅｒ  ａｂｓｔｒａｃｔ，  ２００２
【非特許文献７】
Ｎｕｃｌｅｉｃ  Ａｃｉｄｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ２５，  ２３，  ４７４８−４７５７，  １９９７
【非特許文献９】
Ｌａｎｇｍｕｉｒ  １８，  ３，  ８０５−８１２，  ２００２
【非特許文献１０】
Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  Ｂｉｏｌｏｇｙ  ８，  ３，  ２０１−２１９，  ２００１
【非特許文献１１】
Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  Ｂｉｏｌｏｇｙ  ７，  ３−４，  ５０３−５１９，  ２０００
【非特許文献１２】
Ｇｅｎｏｍｅ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  １０，  ６，  ８５３−８６０，  ２０００
【非特許文献１３】
Ｊｕｄｓｏｎ，  Ｈ．  Ｆ．：  Ｔｈｅ  Ｅｉｇｈｔｈ  Ｄａｙ  ｏｆ  Ｃｒｅａｔｉｏｎ：  Ｍａｋｅｒｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ  ｉｎＢｉｏｌｏｇｙ．  （Ｏｒｉｇｉｎａｌ  １９７９；  Ｅｘｐａｎｄｅｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ  １９９６）  Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  １９９６
【非特許文献１４】
ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｔｈｅｏｒｙ，  ＩＴ−１１，  １０７−１１２，  １９６５
【非特許文献１５】
Ｓｔｉｆｆｌｅｒ，  Ｊ．  Ｊ．：  Ｔｈｅｏｒｙ  ｏｆ  Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．  Ｐｒｅｎｔｉｃｅ−Ｈａｌｌ，  Ｉｎｃ．，  Ｅｎｇｌｅｗｏｏｄ  Ｃｌｉｆｆｓ，  Ｎ．  Ｊ．，  １９７１
【非特許文献１６】
Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｃａｄｅｍｙ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ  ｏｆ  ＵＳＡ  ８９，  １２，  ５３８１−５３８３，  １９９２
【非特許文献１７】
Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｃａｄｅｍｙ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ  ｏｆ  ＵＳＡ  ９７，  ４，  １６６５−１６７０，  ２０００
【非特許文献１８】
ＤＮＡ  Ｂａｓｅｄ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ  ＩＩ，  ＤＩＭＡＣＳ  Ｓｅｒｉｅｓ  ｉｎ  Ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ４４，  ２４７−２５８，  １９９８
【非特許文献１９】
Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ３ｒｄ  Ａｎｎｕａｌ  Ｇｅｎｅｔｉｃ  Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，  Ｍｏｒｇａｎ  Ｋａｕｆｍａｎｎ  ６８４−６９０，  １９９８
【非特許文献２０】
Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｃａｄｅｍｙ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ  ｏｆ  ＵＳＡ  ９７，  ４，  １３８５−１３８９，  ２０００
【非特許文献２１】
ＤＮＡ  Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ：  ６ｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  ＤＮＡ−Ｂａｓｅｄ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ  （ＤＮＡ  ２０００；  Ｌｅｉｄｅｎ，  Ｔｈｅ  Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ）
【非特許文献２２】
ＬＮＣＳ  ２０５４，  １７−２６，  ２００１
【非特許文献２３】
Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２９６，  ５５６７，  ４９９−５０２，  ２００２
【非特許文献２４】
Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ８ｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｍｅｅｔｉｎｇ  ｏｎ  ＤＮＡ−Ｂａｓｅｄ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ  （ＤＮＡ  ２００２；  Ｓａｐｐｏｒｏ，  Ｊａｐａｎ），  ３１１−３２３，  ２００２
【非特許文献２５】
Ｃａｎａｄｉａｎ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ  １０，  ２０２−２０９，  １９５８
【非特許文献２６】
Ｃａｎａｄｉａｎ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ  ３９，  ３，  ５１３−５２６，  １９８７
【非特許文献２７】
Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｃａｄｅｍｙ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ  ｏｆ  ＵＳＡ  ８３，  １１，  ３７４６−３７５０，  １９８６
【非特許文献２８】
Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ３７，  ２６，  ９４３５−９４４４，  １９９８
【非特許文献２９】
Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗｓ  ｉｎ  Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ａｎｄ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｉｏｌｏｇｙ  ２６，  ３−４，  ２２７−２５９，  １９９１
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、バイオテクノロジー及びナノテクノロジーが進歩するに従い、ＤＮＡに情報を書き込むことへの需要は高まりつつあり、かかる技術が適用される分野は、人工的な情報をＤＮＡに書き込もうとする点で、従来のバイオテクノロジーとは異なっている。ＤＮＡ符号のための様々な設計法が提案されてはいるが、それらの手法はＤＮＡを情報媒体として使う際の（ＡＳＣＩＩコードのような）標準コードを目指してはいない。これは、それぞれの手法が利用される分野においてＤＮＡ配列の満たすべき制約が異なることに起因すると考えられる。情報媒体としてＤＮＡを利用する場合、単純かつ汎用的な符号が必要とされている。
【００２０】
ＤＮＡ中に情報を読み書きする際には、以下の現象を考慮せねばならない。
１．ＤＮＡを読み取る際、塩基配列の読み間違いや、数塩基程度のスキップなどのエラーが生じる。
２．ＤＮＡを読み取る際には、プライマーと呼ばれる特異的な配列が必要となる。プライマー配列は、情報を保持する配列の両端に配置され、プライマー配列で挟まれた領域（情報配列）のみを増幅する。
３．ＤＮＡに書き込む配列の物理的特性（融解温度など）が揃うこと。情報を表現するＤＮＡ配列の物理的特性が大幅に異なる場合、特異な二次構造を作成したり、プライマーによる増幅効率が激減したりする。また、目標ＤＮＡ中に情報配列を組み込む際にも困難をともなう。
４．出現して欲しくない配列の存在。例えば、特定の制限酵素部位が情報配列中に出ないようにする制約や、特定の遺伝子配列と共通の配列を持たないようにする制約は非常に一般的である。
【００２１】
従来のＤＮＡ符号に関する技術は書き込んだ情報を「そっくりそのまま」ＤＮＡから読み出せるという仮定のもとに理論が構築されており、読み取りエラーの存在を考慮していない。また、プライマーについても考慮しないか、「ＤＮＡへ埋め込む情報の両端に特異的な配列を用意する」といった非常に曖昧な解決法しか提示していない。また、従来法はＤＮＡの中に情報を書き込むための具体的な手段を示していないため、物理的特性を揃え、特定配列の出現を防ぐといった手法も表していない。遺伝情報の複製には多くの実験的制約が存在し、高い技術力をもってしても遺伝情報を誤り無しに複製することは不可能である。また複製の段階で誤りがなくなったとしても、生体のＤＮＡに情報配列を記入する場合は、生体内分子や放射線による配列の突然変異も考慮しなくてはならない。
【００２２】
本発明の課題は、ＤＮＡの遺伝情報を含まない任意の非コード領域に、任意の情報を読み書きするための情報担体としての符号（アルファベットなど人工的に意味付けをおこなった記号の集合）用塩基配列の集合、すなわちＤＮＡ符号の設計方法を提供することにある。かかるＤＮＡ符号の符号語は、コンピュータが利用するコード体系と対応付け可能であり、文字をどのようにつなぎあわせても符号語の復号が非常に高い信頼度で可能となる点を特徴とする。当該ＤＮＡ符号語は天然ＤＮＡと十分に異なる特徴を有しており、ＤＮＡの遺伝情報を含まない任意の部分に埋め込むことができる。また、本発明の設計方法により作製されたＤＮＡ符号語は、情報の記憶媒体として利用することも可能である。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、先に、所定の長さｎ（ｎは３以上、好ましくは６以上の整数）のオリゴヌクレオチド配列の集合Ｓ１中の各オリゴヌクレオチド配列が、集合Ｓ１中の各オリゴヌクレオチド配列との間、集合Ｓ１中の他の各オリゴヌクレオチド配列の相補配列との間、これらをシフトした配列との間、並びに、前記各オリゴヌクレオチド配列同士、前記相補配列同士、及び前記各オリゴヌクレオチド配列と前記相補配列を連結した配列との間に、所定値以上のミスマッチを含み、前記各オリゴヌクレオチド配列との間、前記相補配列との間、これらをシフトした配列との間、並びに、前記各オリゴヌクレオチド配列同士、前記相補配列同士、及び前記各オリゴヌクレオチド配列と前記相補配列を連結した配列との間でのミスハイブリダイゼーションを回避することができるオリゴヌクレオチド配列の集合Ｓ１をシステマティックに設計する方法や、相補配列同様に、逆配列に対してもミスハイブリダイゼーションを回避することができるオリゴヌクレオチド配列の集合Ｓ１をシステマティックに設計する方法を提案している（特願２００１−３３１７３２）。
【００２４】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究し、ＤＮＡに情報を埋め込む配列の設計には誤り訂正機能のほかに融解温度のような物理的特性も均質に保つ必要があることから、上記本発明者によるオリゴヌクレオチド配列の集合を設計する際に用いたテンプレートから、更に長さｍのサブワード制約を有するものを選定し、同じく長さｍのサブワード制約を有する所定の誤り訂正符号の符号語と組み合わせることで情報を記述する際の文字として利用可能な塩基配列の集合Ｓ２とすることにより、これらの条件を全て満たすＤＮＡ符号の設計法を見い出し、ＡＳＣＩＩコードを含む既存の文字コード体系とＤＮＡの塩基配列によるコード体系との対応付けを実現することで本発明を完成するに至った。
【００２５】
すなわち本発明は、所定の長さｎ（ｎは６以上の整数）のオリゴヌクレオチド配列を、その各ポジションがＧ又はＣ（［ＧＣ］）あるいはＡ又はＴ（［ＡＴ］）であることを意味する、０と１からなる所定の長さＬ（Ｌは６以上の整数）のビット列（ＧＣテンプレート）で表わした場合、各ＧＣテンプレート間のハミング距離、各ＧＣテンプレートの逆配列との間のハミング距離、これらをシフトした配列との間のハミング距離、並びに、各ＧＣテンプレート同士、各ＧＣテンプレートの逆配列同士、及び各ＧＣテンプレートとその逆配列を連結した配列との間のハミング距離が、いずれも所定値ｋ以上になるＧＣテンプレートを選択し、かかる選択されたＧＣテンプレートの集合から、長さｍのサブワード制約を有する集合をテンプレートとして選定し、同じく長さｍのサブワード制約を有する所定の誤り訂正符号の符号語と組み合わせることによりオリゴヌクレオチド配列の集合Ｓ１を作成することを特徴とするＤＮＡ符号の設計方法（請求項１）や、所定の長さｎ（ｎは６以上の整数）のオリゴヌクレオチド配列を、その各ポジションがＡ又はＧ（［ＡＧ］）あるいはＴ又はＣ（［ＣＴ］）であることを意味する、０と１からなる所定の長さＬ（Ｌは６以上の整数）のビット列（ＡＧテンプレート）で表わした場合、各ＡＧテンプレート間のハミング距離、各ＡＧテンプレートの逆反転配列との間のハミング距離、これらをシフトした配列との間のハミング距離、並びに、各ＡＧテンプレート同士、各ＡＧテンプレートの逆反転配列同士、及び各ＡＧテンプレートとその逆反転配列を連結した配列との間のハミング距離が、いずれも所定値ｋ以上になるＡＧテンプレートを選択し、かかる選択されたＡＧテンプレートの集合から、長さｍのサブワード制約を有する集合をテンプレートとして選定し、同じく長さｍのサブワード制約を有する所定の誤り訂正符号の符号語と組み合わせることによりオリゴヌクレオチド配列の集合Ｓ１を作成することを特徴とするＤＮＡ符号の設計方法（請求項２）や、ハミング距離ｋを保つオリゴヌクレオチド配列の集合Ｓ１が、各配列同士の間、他の各配列の相補配列との間、これらをシフトした配列との間、並びに、前記各配列同士、前記相補配列同士、及び前記各配列と前記相補配列を連結した配列との間に、所定値以上のミスマッチを含み、前記各配列同士の間、他の各配列の相補配列との間、これらをシフトした配列との間、並びに、前記各配列同士、前記相補配列同士、及び前記各配列と前記相補配列を連結した配列との間でのミスハイブリダイゼーションを回避することができ、また情報の復号を容易にすることを特徴とする請求項１又は２記載のＤＮＡ符号の設計方法（請求項３）や、所定の長さｎのオリゴヌクレオチド配列の集合Ｓ１が、３２以下の長さのオリゴヌクレオチド配列の集合Ｓ１であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載のＤＮＡ符号の設計方法（請求項４）や、ハミング距離の所定値ｋが、Ｌの１／４以上の値であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載のＤＮＡ符号の設計方法（請求項５）や、長さｍのサブワード制約が、Ｌの１／２以上の値であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか記載のＤＮＡ符号の設計方法（請求項６）や、オリゴヌクレオチド配列の集合Ｓ１が、特定の部分配列を含む、又は特定の部分配列を含まないオリゴヌクレオチド配列の集合であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか記載のＤＮＡ符号の設計方法（請求項７）や、所定の誤り訂正符号の符号語が、ハミング符号、ＢＣＨ符号、最大長系列符号、Ｇｏｌａｙ符号、ＲｅｅｄＭｕｌｌｅｒ符号、ＲｅｅｄＳｏｌｏｍｏｎ符号、Ｈａｄａｍａｒｄ符号、Ｐｒｅｐａｒａｔａ符号、リバーシブル符号、重み一定符号、非線型符号から選ばれる符号語であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか記載のＤＮＡ符号の設計方法（請求項８）や、記号単位に対応する塩基配列の集合が、天然のＤＮＡと異なる配列を有し、かつ一定の［ＧＣ］［ＡＴ］または［ＣＴ］［ＡＧ］の並びを有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか記載のＤＮＡ符号の設計方法（請求項９）に関する。
【００２６】
また本発明は、ＤＮＡの遺伝情報を含まない任意の非コード領域に、コンピュータで解読可能なコード体系を用いて任意の情報を書き込むことができる、記号単位に対応する塩基配列の集合からなることを特徴とするＤＮＡ符号（請求項１０）や、一定の［ＧＣ］［ＡＴ］または［ＣＴ］［ＡＧ］の並びを有し、融解温度が所定の範囲内に揃うように設計された塩基配列の集合からなることを特徴とする請求項１０記載のＤＮＡ符号（請求項１１）や、数塩基のスキップまたは置換等の誤りの検出が容易な塩基配列の集合からなることを特徴とする請求項１０又は１１記載のＤＮＡ符号（請求項１２）や、記号単位に対応する塩基配列の読み枠のずれや、複数塩基の置換等の誤りの存在下でも高い信頼度で解読（復号）できる誤り訂正機能を備えていることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか記載のＤＮＡ符号（請求項１３）や、記号単位に対応する塩基配列同士で安定な二次構造を形成せず、文字をどのように連結してもプライマーによる増幅を妨げるような物理的阻害が生じないことを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか記載のＤＮＡ符号（請求項１４）や、天然のＤＮＡと容易に区別しうる、記号単位に対応する塩基配列の集合からなることを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか記載のＤＮＡ符号（請求項１５）や、塩基配列における塩基並び方が制限され、特定の部分配列が出現するかどうかを簡単に検証することができることを特徴とする請求項１０〜１５のいずれか記載のＤＮＡ符号（請求項１６）や、いかなるハイブリダイゼーションでも少なくとも４つの位置でミスマッチを示し、連続的なサブシーケンスが高々６つしかなく、最近接塩基対概算において同じ融解温度を保持する、長さ１２、１１２語の符号語からなることを特徴とする請求項１０〜１６のいずれか記載のＤＮＡ符号（請求項１７）や、請求項１〜９のいずれか記載の設計方法により得ることができることを特徴とする請求項１０〜１７のいずれか記載のＤＮＡ符号（請求項１８）や、請求項１０〜１８のいずれか記載のＤＮＡ符号を、ＤＮＡの遺伝情報を含まない任意の非コード領域に埋め込むことを特徴とするＤＮＡへの任意の情報の書込み方法（請求項１９）に関する。
【００２７】
さらに本発明は、ＤＮＡがベクターＤＮＡであることを特徴とする請求項１９記載のＤＮＡへの任意の情報の書込み方法（請求項２０）や、ＤＮＡがゲノムＤＮＡであることを特徴とする請求項１９記載のＤＮＡへの任意の情報の書込み方法（請求項２１）や、ＤＮＡ符号により、ＤＮＡの作成者を識別することができることを特徴とする請求項１９〜２１のいずれか記載のＤＮＡへの任意の情報の書込み方法（請求項２２）や、請求項１０〜１８のいずれか記載のＤＮＡ符号が、ＤＮＡの遺伝情報を含まない任意の非コード領域に埋め込まれたことを特徴とする標識化ベクター（請求項２３）や、請求項１０〜１８のいずれか記載のＤＮＡ符号が、ＤＮＡの遺伝情報を含まない任意の非コード領域に埋め込まれたことを特徴とする標識化細胞（請求項２４）や、請求項１０〜１８のいずれか記載のＤＮＡ符号を有することを特徴とするＤＮＡタグ（請求項２５）や、請求項１０〜１８のいずれか記載のＤＮＡ符号を有することを特徴とするＤＮＡ計算システム（請求項２６）に関する。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明のＤＮＡ符号の設計方法としては、所定の長さｎ（ｎは６以上の整数）のオリゴヌクレオチド配列を、その各ポジションがＧ又はＣ（［ＧＣ］）あるいはＡ又はＴ（［ＡＴ］）であることを意味する、０と１からなる所定の長さＬ（Ｌは６以上の整数）のビット列（ＧＣテンプレート）で表わした場合、各ＧＣテンプレート間のハミング距離、各ＧＣテンプレートの逆配列との間のハミング距離、これらをシフトした配列との間のハミング距離、並びに、各ＧＣテンプレート同士、各ＧＣテンプレートの逆配列同士、及び各ＧＣテンプレートとその逆配列を連結した配列との間のハミング距離が、いずれも所定値ｋ以上になるＧＣテンプレートを選択し、かかる選択されたＧＣテンプレートの集合から、長さｍのサブワード制約を有する集合をテンプレートとして選定し、同じく長さｍのサブワード制約を有する所定の誤り訂正符号の符号語と組み合わせる、あるいは、所定の長さｎ（ｎは６以上の整数）のオリゴヌクレオチド配列を、その各ポジションがＡ又はＧ（［ＡＧ］）あるいはＴ又はＣ（［ＣＴ］）であることを意味する、０と１からなる所定の長さＬ（Ｌは６以上の整数）のビット列（ＡＧテンプレート）で表わした場合、各ＡＧテンプレート間のハミング距離、各ＡＧテンプレートの逆反転配列との間のハミング距離、これらをシフトした配列との間のハミング距離、並びに、各ＡＧテンプレート同士、各ＡＧテンプレートの逆反転配列同士、及び各ＡＧテンプレートとその逆反転配列を連結した配列との間のハミング距離が、いずれも所定値ｋ以上になるＡＧテンプレートを選択し、かかる選択されたＡＧテンプレートの集合から、長さｍのサブワード制約を有する集合をテンプレートとして選定し、同じく長さｍのサブワード制約を有する所定の誤り訂正符号の符号語と組み合わせることにより、情報伝達における単位信号に対応するオリゴヌクレオチド配列の集合Ｓ１を作成する方法であれば特に制限されるものではなく、上記オリゴヌクレオチド配列にはＤＮＡ配列やＲＮＡ配列が含まれ、上記「情報担体としてのＤＮＡ符号の設計方法」には、便宜上「情報担体としてのＲＮＡ符号の設計方法」も含まれる。なお、本発明において、符号化とは、文字や記号をコンピュータで扱うために、文字や記号に特定の塩基配列を対応させることをいい、また、ＤＮＡ符号とは、ＤＮＡを媒体として表記された単位信号（アルファベット等の文字、ＤＮＡ符号語ということもある）の集合を云う。本発明の設計方法により得られるＤＮＡ符号は、ＤＮＡの遺伝情報を含まないイントロン、５’−非コード領域、３’−非コード領域等の任意の非コード領域に任意の情報を書き込む場合に、有利に用いることができる。
【００２９】
上記オリゴヌクレオチド配列の所定の長さｎ（ｎは６以上の整数）の上限は限定されないが、通常１００塩基、好ましくは３２塩基であり、上記オリゴヌクレオチド配列の集合Ｓ１には、便宜上集合Ｓ１の部分集合も含まれる。以下、オリゴヌクレオチド配列がＤＮＡ配列の場合を中心とし、相補配列も含めてミスマッチを含む集合Ｓ１を用いた、アルファベット等の単位信号に対応する塩基配列の集合からなるＤＮＡ符号を、ＧＣテンプレートを用いて設計する場合を中心に説明する。
【００３０】
テンプレートを用いて設計される上記集合Ｓ１中のＰ配列は、それ自体の配列及び集合Ｓ１中の他のＰ配列との間に、シフトのない場合とシフトのある（配列同士をずらした）場合に関わらず所定値以上のミスマッチを含み、ミスハイブリダイゼーションを回避することができるばかりでなく、集合Ｓ１中の他の（それ自体を除く）各オリゴヌクレオチド配列の相補配列であるＰＣ配列との間、すなわち、Ｐ配列におけるＡをＴ、ＴをＡ、ＧをＣ、ＣをＧにそれぞれ置換し、５’と３’の向きを逆にしたＰＣ配列との間に、シフトのない場合とシフトのある場合に関わらず所定値以上のミスマッチを含み、ミスハイブリダイゼーションを回避することや、集合Ｓ１中の各オリゴヌクレオチド配列を連結したオリゴヌクレオチド配列、すなわち、各Ｐ配列同士の連結配列、各ＰＣ配列同士の連結配列、各Ｐ配列とＰＣ配列との連結配列、各ＰＣ配列と各Ｐ配列との連結配列等との間に、所定値以上のミスマッチを含み、ミスハイブリダイゼーションを回避することができる。ここで、ミスマッチとは、ハイブリダイズした場合の相補塩基以外との対合をいい、所定値以上のミスマッチとしては、ミスハイブリダイゼーションを回避することができるミスマッチ数であれば特に制限されないが、好ましくはオリゴヌクレオチド配列の所定の長さｎ（ｎは６以上の整数）の１／５個以上、より好ましくは１／４個以上、特に好ましくは１／３個以上のミスマッチを挙げることができる。
【００３１】
また、上記集合Ｓ１を構成するオリゴヌクレオチド配列としては、特定の部分配列の出現個所を容易に特定できる配列集合として操作しうることが好ましい。かかる特定の部分配列としては、制限酵素認識部位や、ＲＮＡのポリＡ部分、翻訳開始コドンであるＡＴＧ、ストップコドンであるＴＡＡ，ＴＡＧ，ＴＧＡ等を初めとする発現シグナル配列や、転写因子の認識するコンセンサス配列ＧＣＣＡＡＴＣＴ，ＡＴＧＣＡＡＡＴや、抗体の可変ドメインをコードする塩基配列などの任意のＤＮＡ配列シグナルを例示することができる。
【００３２】
上述のオリゴヌクレオチド配列の集合Ｓ１は、通常、２段階で設計できる。最初の段階は、ハミング距離を用いたＧＣテンプレートの設計段階、次の段階は、設計されたＧＣテンプレートが表現するオリゴヌクレオチド配列の集合の中から、誤り訂正符号の理論を利用して、目的とする本発明のオリゴヌクレオチド配列の集合Ｓ１を設計する段階である。最初の段階で、配列の各ポジションが［ＧＣ］か［ＡＴ］かを決定する。このポジションは０と１からなるＧＣテンプレート；ｂ１ｂ２…ｂｉ（ｂｉ∈｛０，１｝）で表現され、１は［ＡＴ］，０は［ＧＣ］、又は１は［ＧＣ］，０は［ＡＴ］を意味する。このため、長さＬのＧＣテンプレートで、４Ｌ通りでなく２Ｌ通りの配列を表現することになる。次の段階で、ＧＣテンプレートが１の部位は［ＡＴ］，０の部位は［ＧＣ］、（又はその逆の組み合わせ）の塩基へ具体的に置換することにより塩基配列が決定される。
【００３３】
上記ハミング距離は、配列間の類似度の尺度として用いられる。例えば、２つの文字列ｘ＝ｘ１ｘ２…ｘｎとｙ＝ｙ１ｙ２…ｙｎのハミング距離は、ｘｉ≠ｙｉとなるインデクスｉの数と定義される。また、ＤＮＡ配列間のミスハイブリダイゼーションは、配列がシフトした（ずれた）状態でも起こりうるから、配列がシフトした場合のハミング距離も考慮する必要がある。シフトはどちらか一方の配列が他方に比べて長い場合に生じることであるから、例えば、│ｘ│＜│ｙ│とすると、２つの文字列間のハミング距離は、ｘと、長さ│ｘ│のｙ中に含まれる（│ｙ│−│ｘ│＋１）個の部分配列それぞれとのハミング距離の最小値とすることができる。この最小値で表されるハミング距離をＨ（ｘ，ｙ）で表す。
【００３４】
次に、ＧＣテンプレートｔと、該ＧＣテンプレートｔ同士の連結配列，ＧＣテンプレートｔの逆配列ｔＲ同士の連結配列，ＧＣテンプレートｔと逆配列ｔＲの連結配列とのハミング距離を求めるためにＧＣテンプレートｔに対する関数ＭＤ（ｍｉｎｉｍｕｍ  ｄｉｓｔａｎｃｅの略）を考える。上記ＧＣテンプレートｔの逆配列ｔＲは、ＧＣテンプレートｔのビット列を逆向きに並べた配列を意味する。ＧＣテンプレートｔと、連結配列における両外側の配列となるＧＣテンプレートｔやその逆配列ｔＲとのハミング距離は既に求められているから、連結配列に対してＧＣテンプレートｔをシフトさせハミング距離の最小値を求める場合、連結配列の両端の一文字ずつを取り除いた配列について検討すればよい。ＭＤ（ｔ）の式には記号〔〕を用いると便利である。記号〔〕は〔ｓ１ｓ２ｓ３…ｓｍ−１ｓｍ〕＝ｓ２…ｓｍ−１、すなわち両端の一文字ずつを取り除いた配列を意味する。そうすると、ＧＣテンプレートｔと連結配列とのハミング距離の最小値ＭＤ（ｔ）は次式で表される。ＭＤ（ｔ）＝ｍｉｎ｛Ｈ（ｔ，ｔＲ），Ｈ（ｔ，〔ｔｔ〕），Ｈ（ｔ，〔ｔｔＲ〕），Ｈ（ｔ，〔ｔＲｔ〕），Ｈ（ｔ，〔ｔＲｔＲ〕）｝
【００３５】
したがって、あるＧＣテンプレートｔに対してＭＤ（ｔ）＝ｋ（ｋ≧０）の場合、連結配列に対してＧＣテンプレートｔをシフトさせた場合、連結配列の両端の一文字ずつを取り除いた配列〔ｔｔ〕，〔ｔｔＲ〕，〔ｔＲｔ〕，〔ｔＲｔＲ〕に対して、その連結部分を含め、少なくともｋのハミング距離が保証される。図１に、ＧＣテンプレートｔ＝１１０１００の場合にＭＤ（ｔ）＝２となることが示されている。この場合、逆配列ｔＲ＝００１０１１，〔ｔｔ〕＝１０１００１１０１０，〔ｔｔＲ〕＝１０１００００１０１，〔ｔＲｔ〕＝０１０１１１１０１０，〔ｔＲｔＲ〕＝０１０１１００１０１となり、図１には各ハミング距離が２の場合が示されている。図１からもわかるように、ＧＣテンプレートｔ＝１１０１００は、どのようにシフトしてもハミング距離を２より小さくできないので、ＭＤ（ｔ）＝２となる。
【００３６】
このように、上記ＧＣテンプレートの設計方法は、上記オリゴヌクレオチド配列の集合Ｓ１を作製するための最初の段階で用いられる。かかるＧＣテンプレートの設計方法としては、上述の説明からもわかるように、所定の長さｎのオリゴヌクレオチド配列を、その各ポジションが［ＧＣ］あるいは［ＡＴ］であることを意味する、０と１からなるビット列（ＧＣテンプレート）で表わした場合、各ＧＣテンプレート間のハミング距離、各ＧＣテンプレートの逆配列との間のハミング距離、これらをシフトした配列との間のハミング距離、並びに、各ＧＣテンプレート同士、各ＧＣテンプレートの逆配列同士、及び各ＧＣテンプレートとその逆配列を連結した配列との間のハミング距離ＭＤ（ｔ）が、いずれも所定値ｋ以上になるＧＣテンプレートを選択する方法であれば特に制限されるものではないが、ＧＣテンプレートの長さＬは６以上、好ましくは６〜１００、より好ましくは６〜３２、特に好ましくは分子生物学実験でよく用いられる２０前後であり、５以下の場合は所望のハミング距離を有するものが得られない。かかる長さＬを有するＧＣテンプレートを用いると、相当する長さｎのオリゴヌクレオチド配列の集合Ｓ１を得ることができる。また、所定値ｋとしては、かかるＧＣテンプレートから作製されるオリゴヌクレオチド配列が、ミスハイブリダイゼーションを回避することができる本発明のオリゴヌクレオチド配列となる値であれば特に制限されないが、好ましくはＧＣテンプレートの長さＬの１／５以上、より好ましくは１／４以上、特に好ましくは１／３以上の値を挙げることができる。
【００３７】
一般に、長さＬを大きくした場合や、ＭＤ値（ｋ値）を下げた場合はより多くのＧＣテンプレートが存在することになるが、所定の長さで最も大きいｋ値（ＭＤ値）を有するＧＣテンプレートは特に重要である。長さＬ＝６〜３２で最も大きいｋ値（ＭＤ値）を有するＧＣテンプレートとしては、長さＬ＝６〜１０のとき所定値ｋ＝２、長さＬ＝１１〜１５のとき所定値ｋ＝４、長さＬ＝１６〜１８のとき所定値ｋ＝６、長さＬ＝１９のとき所定値ｋ＝７、長さＬ＝２０〜２２，２４のとき所定値ｋ＝８、長さＬ＝２３，２５のとき所定値ｋ＝９、長さＬ＝２６，２７のとき所定値ｋ＝１０、長さＬ＝２８，２９のとき所定値ｋ＝１１、長さＬ＝３０〜３２のとき所定値ｋ＝１２のＧＣテンプレートである。上記の長さＬ＝６〜３２のＧＣテンプレートにおける所定値ｋの最大値と、その最大値を有するＧＣテンプレート数と、具体例を［表１］に示す。また、特定のＭＤ値（ｋ値）を満たす最短のＧＣテンプレートを［表２］に示す。さらに、長さＬ＝１１〜２７のＧＣテンプレートにおける具体例を［表３］に、長さＬ＝２８〜３０のＧＣテンプレートにおける具体例を［表４］に示す。なお、［表２］においては、０１の反転又は逆配列が等しくなる場合を省いて列挙されており、［表３］及び［表４］においては、サイクリックシフト（ｃｙｃｌｉｃ  ｓｈｉｆｔ）して同一になるＧＣテンプレートを省いた数が「数（ｉｔｅｍ）」として示されている。
【００３８】
【表１】
2004355294.tif 000002
【００３９】
【表２】
2004355294.tif 000003
【００４０】
【表３】
2004355294.tif 000004
【００４１】
【表４】
2004355294.tif 000005
【００４２】
上記［表１］〜［表４］等に列挙されているＧＣテンプレート配列は、全て０の配列から全て１の配列までの全パターンを網羅的に探索することにより、当業者であれば選び出すことができる。しかし、長さＬのＧＣテンプレートを見つけるのに２Ｌ個のパターン全てを探す必要はなく、ビット０１を反転させたＧＣテンプレートは同じ性質を持つことから、ＧＣテンプレートに含まれるビット１がＬ／２以下のものを考えればよい。また、ミスマッチ個数の制約から、最小距離がｄの場合、少なくとも（Ｌ−ｓｑｒｔ（Ｌ２−２ｄＬ））／２個のビット１をもつことが示される（ｓｑｒｔは平方根）。このような制約を追加的に用いることで、ＧＣテンプレートを効率よく求めることができる。さらに、ＧＣテンプレートの設計に際して、ＧＣテンプレートから作製したオリゴヌクレオチド配列の集合Ｓ１が、前述した制限酵素認識部位等の特定の部分配列を含む、又は特定の部分配列を含まないオリゴヌクレオチド配列の集合となるように設計することは、網羅的探索の空間を狭めることに対応するため、より容易に設計することができる。
【００４３】
上記オリゴヌクレオチド配列の集合Ｓ１は、上記ハミング距離を用いたＧＣテンプレートの設計段階に続く、設計されたＧＣテンプレートが表現するオリゴヌクレオチド配列の集合の中から、誤り訂正符号の理論を利用する段階、すなわち、誤り訂正符号の符号語と組み合わせることにより設計することができる。上記誤り訂正符号の符号語としては、公知の誤り訂正符号の符号語であればどのようなものでもよく、ハミング符号、ＢＣＨ符号、最大長系列符号、Ｇｏｌａｙ符号、ＲｅｅｄＭｕｌｌｅｒ符号、ＲｅｅｄＳｏｌｏｍｏｎ符号、Ｈａｄａｍａｒｄ符号、Ｐｒｅｐａｒａｔａ符号、リバーシブル符号、重み一定符号、非線型符号等を具体的に例示することができる。
【００４４】
誤り訂正符号の理論を用いる動機は、シフトの無い場合に相補配列との間でミスマッチを保証することにある。従って、逆配列を考慮する集合Ｓ１については、必ずしも誤り訂正符号を用いる必要はない。誤り訂正符号は任意の符号語間にミスマッチの数が一定以上存在するような符号語の集合であるが、集合Ｓ１とその逆配列の集合がミスハイブリダイゼーションを防ぐようにする場合は、任意の符号語間に（ミスマッチではなく）マッチの数が一定以上存在するような符号語の集合を適用するだけでよい。上記オリゴヌクレオチド配列の集合Ｓ１は、ＧＣテンプレートの情報とともに符号語の情報が配列に反映される。従って、相補配列との間でｋ個のミスマッチを保証するには、ハミング距離（ミスマッチの数）ｋ以上を保つ誤り訂正符号を用いればよく、逆配列との間でｋ個のミスマッチを保証するには、マッチの数ｋ以上を保つ符号を用いればよい。
【００４５】
誤り訂正符号の理論では、与えられた情報ビットに検査ビットと呼ばれる誤り検出、訂正用の冗長なビットを付け加え、任意の符号語間のハミング距離を一定値以上にするような符号が開発されている。この符号語間のハミング距離の最小値は最小距離と呼ばれる。符号理論の目標は、最小距離を大きく保ちつつ符号語数が多いものを設計することにあるため、本発明の目的にかなう符号が多く存在する。例えば符号長２３で最小距離が７のＧｏｌａｙ符号は４０９６語ある。この符号を用いれば長さ２３のＧＣテンプレート（ＭＤ値は９まで）一つに対し、４０９６個のオリゴヌクレオチドを設計可能である。
【００４６】
汎用のＤＮＡ符号には、更に厳しい制約をみたすオリゴヌクレオチド配列を用意するため、上記の集合Ｓ１で利用するテンプレートを選択する際に長さｍのサブワード制約もあわせて考慮せねばならない。かかる集合を選定する際には、集合Ｓ１を生成するテンプレート間で０１のビット列がｍ個以上連続することのないようにし、また、誤り訂正符号語からは、符号語間の距離を最大クリーク問題への自明なトランスフォーメーションを使うことで、符号語間でビット列がｍ個以上連続一致しないように設計する。このような長さｍのサブワード制約におけるｍ値としては、ミスマッチを十分に分散させることができる点で、１０以下の値であることが好ましい。例えばＬが１２のとき、ｍ値として７を挙げることができる。
【００４７】
例えば、集合Ｓ１におけるテンプレートとして、ＭＤ（ｔ）＝４、長さ７のサブワード制約を有する長さＬ＝１２の０００１１００１１１０１と００１０１０１１１１００（上段）に、最小距離４、長さ７のサブワード制約を有する長さＬ＝１２の非線型符号の符号語として、００１１１００１００００、００１００１０１０１００、００００００００００００、０１０００１１１０１０１、１１１０１００１１０００（下段）を組み合わせると、得られる塩基配列はいかなる連結、シフトに対しても、お互いに最低４ミスマッチを含み、ミスマッチを起こさない塩基配列が７塩基以上連続することがない。例えば、００をＡ，０１をＴ，１０をＧ，１１をＣにすると、ＧＣ含量が１／２となる［表５］に示される１２塩基からなる１０個のＤＮＡ配列の集合が与えられる。また、００をＧ，０１をＣ，１０をＡ，１１をＴにすると、ＧＣ含量が１／２である［表６］に示される１２塩基からなる１０個のＤＮＡ配列の集合が与えられる。
【００４８】
【表５】
2004355294.tif 000006
【００４９】
【表６】
2004355294.tif 000007
【００５０】
次に、本発明のＤＮＡ符号は、ＤＮＡの遺伝情報を含まない任意の非コード領域に、２進符号などのコンピュータで解読可能なコード体系を用いて任意の情報を書き込むことができる、符号化された塩基配列集合からなるものであれば特に制限されるものではないが、ＧＣ含量だけでなくＧＣ塩基の並び方が揃い、生物学実験で用いられる最近接塩基対法により計算される融解温度が所定の範囲内に揃うように符号化された塩基配列の集合からなるＤＮＡ符号や、数塩基のスキップまたは置換等の誤りの検出が容易な符号化された塩基配列の集合からなるＤＮＡ符号、符号化された塩基配列の読み枠のずれや複数塩基の置換等の誤りの存在下でも高い信頼度で解読できる誤り訂正機能を備えたＤＮＡ符号、符号化された塩基配列同士で安定な二次構造を形成せず、符号語をどのように連結してもプライマーによる増幅を妨げるような物理的阻害が生じないＤＮＡ符号、天然のＤＮＡと容易に区別しうる、文字に対応する符号化された塩基配列の集合からなるＤＮＡ符号、塩基の並びが制限され、特定の部分配列の出現を簡単に検証することができるＤＮＡ符号が好ましく、かかるＤＮＡ符号は、前記本発明のＤＮＡ符号の設計方法により得ることができる。そして具体例として、符号語をその相補配列を含めていかように連結しても符号語間で少なくとも４つの位置でミスマッチ含み、塩基の連続一致がたかだか６つしかないためにミスハイブリダイゼーションを防ぎ、さらに最近接塩基対概算における同じ融解温度を保持する、長さ１２の符号語１１２語からなるＤＮＡ符号を挙げることができる。
【００５１】
また、本発明によるＤＮＡを用いた任意の情報の書込み法としては、アルファベット等の文字に対応する塩基配列の集合からなる上記本発明のＤＮＡ符号を、ＤＮＡの遺伝情報を含まないイントロン、５’−非コード領域、又は３’−非コード領域等の任意の非コード領域に埋め込む方法であれば特に制限されるものではなく、本発明のＤＮＡ符号が埋め込まれるＤＮＡとしては、プラスミドベクターＤＮＡやウイルスベクターＤＮＡ等のベクターＤＮＡ、動植物細胞や微生物細胞のゲノムＤＮＡを例示することができる。本発明のＤＮＡへの任意の情報の書込み方法により、ＤＮＡの遺伝情報を含まない任意の非コード領域に、作成者を識別することができるアルファベット等の文字に対応するＤＮＡ符号を埋め込むことにより、ＤＮＡ署名を行うことができる。本発明はまた、本発明のＤＮＡ符号がＤＮＡの遺伝情報を含まない任意の非コード領域に埋め込まれた、作成者を識別することができる標識化ベクターや標識化細胞に関する。
【００５２】
基板上に複数種類の本発明のＤＮＡ符号からなるオリゴヌクレオチド鎖を高密度に固定化しても、配列同士が互いにミスハイブリダイゼーションを起こしにくいため、本発明の符号化された塩基配列の集合はＤＮＡ又はＲＮＡチップに、あるいはＤＮＡ又はＲＮＡタグとして有利に用いることができる。また、相補配列ともミスハイブリダイゼーションを起こしにくいため、本発明の符号化された塩基配列の集合はＰＣＲ等におけるプライマーとしても有用である。さらに、本発明の符号化された塩基配列の集合は、互いにミスハイブリダイゼーションを起こしにくいことに加えて、制限酵素認識部位等の特定の配列部分を有しないことを容易に証明できることから、論理式やグラフ構造など様々な記号処理演算系を書き込んだＤＮＡ配列を人工的に合成し、その配列を分子生物学実験のプロトコールに従って切り貼りすることにより、実験の最後に得られる配列がＤＮＡ計算の「計算結果」となるＤＮＡ計算システムに有利に用いることができる。
【００５３】
【実施例】
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明の技術的範囲はこれらの例示に限定されるものではない。
【００５４】
（ＤＮＡアスキー符号）
ＤＮＡを用いてＡＳＣＩＩコード（１２８文字）の設計を想定した場合、アルファベット等の各文字に対し、１つのＤＮＡ符号語が使用される。少なくとも１２８符号を持つ長さの短い誤り訂正符号に、非線型（ｎｏｎｌｉｎｅａｒ）（１２，１４４，４）符号がある（Ｓｌｏａｎｅ，  Ｎ．  Ｊ．  Ａ．  ａｎｄ  ＭａｃＷｉｌｌｉａｍｓ，  Ｆ．  Ｊ．：  Ｔｈｅ  Ｔｈｅｏｒｙ  ｏｆ  Ｅｒｒｏｒ−Ｃｏｒｒｅｃｔｉｎｇ  Ｃｏｄｅｓ．  Ｅｌｓｅｖｉｅｒ，  １９７７）。上記（１２，１４４，４）の表示は、最小距離４を持つ１４４符号語の長さ１２のコード（１つの誤り修正、２つの誤り検出）を意味する。１４４語の中から、最大クリーク問題のソルバー（ｈｔｔｐ：／／ｒｔｍ．ｓｃｉｅｎｃｅ．ｕｎｉｔｎ．ｉｔ／ｉｎｔｅｒｔｏｏｌｓ／）を使用することにより、長さ６、長さ７及び長さ８のサブワード制約をそれぞれ満たす、３２、５６及び１０４の語を選択することができる。（１２，１４４，４）で表されるコードは表７に示され、かかる１４４の符号語の内でダガーが付されているものは、長さ７のサブワード制約を満たす５６の符号語である。
【００５５】
【表７】
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【００５６】
長さが１２で最小距離４のＧＣテンプレートは７４個あり、これらのうち、逆配列及び０１反転したものを同一とみなした３１のテンプレートを表８に示す。サブワード制約のもとで、１２８の符号語を１つのテンプレートから得ることはできないため、テンプレートの対を選択する。かかる２対のテンプレートは、テンプレートどうしをいかように連結しても、４以上のミスマッチを含み、長さ７以上の部分配列を共有しない。そのような８組のテンプレート対を表９に示す。このテンプレート対から生成されるＤＮＡ符号語は、連結された場合にＧＣ塩基の分布が均等になる。この条件の下では、これらのテンプレートに由来するＤＮＡ符号は、近い融解温度を持つ（Ｎｅｗ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ  ２０，  ３，  ２６３−２７７，  ２００２）。
【００５７】
【表８】
2004355294.tif 000009
【００５８】
【表９】
2004355294.tif 000010
【００５９】
表９の８組のテンプレート対のうちの１対のテンプレートを、表７の長さ７のサブワード制約を満たす５６の符号語を組み合わせることによって、以下の条件を満たす１１２符号語を得ることができる（その内の１０符号語を表５や表６に示す）。
−符号語とその相補配列の間で、少なくとも４つの位置でミスマッチを含む。
−かかる４つのミスマッチは、それら自体及びそれらの相補配列（指数４のｃｏｍｍａ−ｆｒｅｅｎｅｓｓ）とのシフト及び連結の下で保証される。
−いかなるシフト及び連鎖においても、長さ７以上の部分配列を共有しない。
−全ての符号は、最近接塩基対概算における融解温度が近い。
−全ての符号が２つのテンプレートのみに由来するため、特定の部分配列の出現を簡単に突き止めることができる。また、特定の部分配列を回避することも簡単である。
【００６０】
こうして設計できる符号語数は１１２であり、１２８のＡＳＣＩＩ文字を満たしていない。しかし、ＡＳＣＩＩ文字においていくつかの文字は使用されていない。例えば、ＨＴＭＬ文字において＆＃１４から＆＃３１までの値は使用されていない。従って、かかる１１２符号語は、ＤＮＡのＡＳＣＩＩ文字を表現するのに十分である。この妥協は１２８符号を得るために制約を緩めるよりは好ましい。
【００６１】
ＤＮＡを用いた情報記述法の現状について検討し、ＤＮＡ符号を構成する際の必要性及び問題について説明した。本発明のＤＮＡ符号の設計方法により、長さ１２の１１２のＤＮＡ符号語及びｃｏｍｍａ−ｆｒｅｅ指数４を提供することができる。本発明のＤＮＡ符号は相補鎖を含む符号間の任意の連鎖を考慮しており、かかるＤＮＡ符号は現在まで知られていない。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によると、以下の特徴をもつＤＮＡ符号を設計することができる。
１．全ての文字が同じＧＣ／ＡＴの並びをもつ。この条件により融解温度を揃えることができ、かつ天然ＤＮＡとの区別が容易である。また、数塩基のスキップといった誤り検出も容易である。さらに、全ての文字配列が同じパターンであることから、特定の塩基配列の出現箇所が極度に制限され、特定の部分配列が出現するかどうかを簡単に検証することができる。
２．全ての文字どうしは、文字を表現するＤＮＡ配列長の約１／３に相当する塩基が異なっており、さらに相補配列を含め、任意の文字をつなげた部分とも、約１／３に相当する塩基が異なっている。これは「誤り訂正機能」と呼ばれ、文字配列の読み枠のずれや、複数塩基の置換といった誤りの存在下でも高い信頼度で情報文字列を解読できる機能を提供する。
３．全ての文字どうしおよび文字の連結部分は、一定の長さ以上の連続した塩基配列一致部分を持たない。この条件から、文字どうしで非常に安定な二次構造を作らないことが示され、文字配列をどのようにつなげてもプライマーによる増幅を妨げるような物理的阻害は起こらない。
【００６３】
【配列表】
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【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＧＣテンプレートｔ＝１１０１００を用いた場合、連結配列に対してＧＣテンプレートｔをどのようにシフトさせても、ハミング距離の最小値ＭＤ（ｔ）＝２となることを示す図である。
【図１】
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