(57)【要約】  本発明の目的は、細胞に導入された暗号核酸について細胞分裂の過程で生じる突然変異の影響を受けにくくすることにより、暗号化された情報を正しく復号化することができる方法を提供することである。本発明は、核酸を用いる暗号化方法に関し、暗号化される情報に対応する塩基配列を有する核酸を合成する工程、および該核酸を細胞に導入する工程を含み、該情報は２進数列に暗号化され、それぞれ該２進数列を構成する０および１のうち、一方をプリン塩基またはピリミジン塩基のいずれか一方に対応させ、他方をその他方の塩基に対応させる。
2015525560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
核酸を用いて情報を暗号化する方法であって、
暗号化される情報に対応する塩基配列を有する核酸を合成する工程；および
該核酸を細胞に導入する工程
を含み、
該情報が２進数列に暗号化され、そして
それぞれ該２進数列を構成する０および１のうち、一方をプリン塩基またはピリミジン塩基のいずれか一方に対応させ、他方をその他方の塩基に対応させる、方法。
【請求項２】
前記核酸を細胞に導入する工程が、該核酸をベクターに挿入する工程および該ベクターを該細胞に導入する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法に用いる前記核酸または前記ベクターを含む、暗号化媒体。
【請求項４】
請求項１または２に記載の方法により暗号化された情報を復号化する方法であって、前記細胞中の前記核酸を解読して塩基配列を得る工程、を含む方法。
【請求項５】
前記解読する工程が、塩基配列解読用プライマーを用いて前記核酸を解読する工程を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
さらに、前記塩基配列を対応する２進数列に変換する工程および該２進数列から前記情報を復号化する工程を含む、請求項４または５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、核酸を用いる情報の暗号化および情報の復号化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
核酸分子を利用して情報を暗号化および復号化することが報告されている（非特許文献１）。非特許文献１には、特許により保護されている遺伝子組換え生物（ＧＭＯｓ）の許諾なしの使用を同定するためのＤＮＡ配列に基づく透かし技術として、ＤＮＡトリプレットを用いる暗号化方法、塩基と暗号をペアにする方法、短鎖ＤＮＡ配列の並びを用いる方法、同義置換塩基を用いる方法などが記載されている。また、非特許文献１には、遺伝子組換え生物に導入された暗号核酸分子における細胞分裂の過程で生じた突然変異を、暗号化された情報が正しく復号化され得るようにどのように修復するかについて記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】D. Hiederら、BMC Bioinformatics、2007年、第8巻、第176号、p.1-11
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、暗号核酸が導入された細胞の分裂の過程で生じる核酸突然変異の影響を受けることなく、暗号化された情報を正しく復号化することができる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】
【０００５】
本発明者らは、上記課題を解決するために、情報の暗号化を、情報を２進数列に暗号化し、２進数の「０」をプリン塩基またはピリミジン塩基のいずれかに、そして「１」をその他方の塩基にそれぞれ対応させることによって行うと、トランジション突然変異の影響を受けることなく、そのような暗号化された情報を正しく復号化することができることを見出した。
【０００６】
本発明は、核酸を用いて情報を暗号化する方法を提供し、該方法は、
暗号化される情報に対応する塩基配列を有する核酸を合成する工程；および
該核酸を細胞に導入する工程
を含み、
該情報は２進数列に暗号化され、そして
それぞれ該２進数列を構成する０および１のうち、一方をプリン塩基またはピリミジン塩基のいずれか一方に対応させ、他方をその他方の塩基のいずれかに対応させる。
【０００７】
１つの実施態様では、上記核酸を細胞に導入する工程は、上記核酸をベクターに挿入する工程および該ベクターを細胞に導入する工程を含む。
【０００８】
本発明はまた、上記方法に用いる上記核酸または上記ベクターを含む、暗号化媒体も提供する。
【０００９】
本発明はさらに、上記方法により暗号化された情報を復号化する方法を提供し、該方法は、上記細胞中の上記核酸を解読して塩基配列を得る工程を含む。
【００１０】
１つの実施態様では、前記解読する工程が、塩基配列解読用プライマーを用いて前記核酸を解読する工程を含む。
【００１１】
１つの実施態様では、上記復号化方法はさらに、前記塩基配列を対応する２進数列に変換する工程および該２進数列から前記情報を復号化する工程を含む。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、暗号化された情報は、暗号核酸が導入された細胞の分裂の過程で生じる核酸突然変異の影響を受けることなく、正しく復号化することができる。また、情報をコンパクトな核酸配列に暗号化することができるため、さらに突然変異の影響を受けにくくなる上、核酸の合成に要する時間や費用が省かれる。さらに、情報を暗号化する場合に、塩基選択の自由度が高い。このため、核酸配列中のＧＣ含量を制御でき、暗号核酸をＰＣＲ法によって増幅して復号化する過程において、ＧＣリッチな鋳型に強いＰＣＲポリメラーゼを使用する必要がない。また、核酸配列中に特定の塩基配列を組み込みやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の核酸を用いる暗号化および復号化方法を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の核酸を用いる暗号化および復号化方法について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の核酸を用いる暗号化および復号化方法を説明するための模式図である。
【００１５】
本明細書でいう塩基とは、特に限定しない限り、プリン塩基すなわち「Ａ（アデニン）」または「Ｇ（グアニン）」、あるいは、ピリミジン塩基すなわち「Ｃ（シチジン）」または「Ｔ（チミン）」のいずれかをいう。本明細書における単数形の用語「核酸」は、特に限定しない限り、１つまたはそれ以上の核酸をいう。
【００１６】
（核酸を用いる暗号化方法）
本発明の核酸を用いる暗号化は、暗号化される情報を暗号化する塩基配列を有する核酸を合成する工程、および該核酸を細胞に導入する工程を含む。
【００１７】
図１に示すように、暗号化される情報は、例えば、「ＨＩＴＺ０００１」のアルファベットおよび数字から構成される文字列である。
【００１８】
本発明ではまず、情報（例えば、メッセージであり、アルファベットおよび数字の各文字を含む）を、例えば、アルファベットおよび数字をそれぞれ２進数トリプレット（３ビット）に対応させた暗号表に基づいて、２進数列に暗号化する。例示の目的のために、図１に見られるように、情報信号として、アルファベットの「Ｈ」を２進数トリプレット「０００」に暗号化し、数字の「０」を異なる２進数トリプレット「１００」に暗号化する。
【００１９】
アルファベットおよび数字の各文字と２進数トリプレットとの対応のさせ方は特に限定されない。暗号化される情報における各文字を暗号化または各文字と対応する２進数の文字数（ビット数）については、例えば、３ビット、４ビット、またはそれ以上の任意のビット数であり得る。１つの実施形態では、最低限のセットの文字がアルファベット文字のうちの限られた文字数の場合には、３ビットが採用され得る。他の実施形態では、例えば、全アルファベットの２６文字、大文字・小文字を区別した５２文字、またはピリオド、コンマ、コロン、セミコロンなどをさらに含むものを暗号化すること、あるいは１０文字の数字、または数学記号をさらに含むものを暗号化するには、より高次のビット数が採用され得る。
【００２０】
こうして、図１に見られるように、情報「ＨＩＴＺ０００１」を、情報信号として、例えば、「０００００１０１００１１１００１００１００１０１」の２進数列（本明細書では「暗号数列」ともいう）に暗号化することができる。
【００２１】
次いで、１つの実施形態では、２進数の「０」をプリン塩基すなわち「Ａ」または「Ｇ」に暗号化させ、そして２進数の「１」をピリミジン塩基すなわち「Ｃ」または「Ｔ」に暗号化させて、２進数列「０００００１０１００１１１００１００１００１０１」を特定の塩基配列に変換する。この例では、「０」はプリン塩基「Ａ」または「Ｇ」のいずれに暗号化させてもよく、「１」はピリミジン塩基「Ｃ」または「Ｔ」のいずれに暗号化させてもよい。
【００２２】
アルファベットおよび数字の各文字と２進数との対応および／または２進数「０」および「１」とそれぞれの塩基のタイプとの対応を表した表（本明細書では「暗号表」ともいう）を作成し得る。暗号表は、好ましくは秘密裏に管理しておく。
【００２３】
他の実施態様では、２進数の「０」をピリミジン塩基すなわち「Ｃ」または「Ｔ」に暗号化させ、２進数の「１」をプリン塩基すなわち「Ａ」または「Ｇ」に暗号化させてもよい。
【００２４】
こうして、図１に見られるように、２進数列「０００００１０１００１１１００１００１００１０１」は、コンピュータープログラムなどの変換手段を用いて所定のアルゴリズムにしたがって、例えば、塩基配列「ＡＧＡＧＡＣＡＴＧＧＣＣＣＡＡＴＧＧＣＡＧＴＡＣ」（配列番号１）に機械的に変換される。
【００２５】
このようにして、図１に見られるように、暗号化される情報である「ＨＩＴＺ０００１」は、塩基配列「ＡＧＡＧＡＣＡＴＧＧＣＣＣＡＡＴＧＧＣＡＧＴＡＣ」（配列番号１）に変換される。こうして、情報が核酸と対応され、または核酸に暗号化される（本明細書では「暗号核酸」ともいう）。
【００２６】
暗号核酸配列は、暗号化された情報の始点および終点を表す付加塩基配列をさらに含んでもよい。このような付加塩基配列は、任意の塩基配列であってよく、例えば、この例としては、３ビットの場合、２進数の「１１１」に対応する塩基配列が挙げられる。
【００２７】
次いで、暗号核酸を通常用いられる任意の方法を用いて合成する。例えば、上記塩基配列を有するＤＮＡ断片をＤＮＡ合成機により化学的に合成した後に、ＰＣＲ法などにより増幅して所望の量を得る。
【００２８】
このようなＤＮＡ断片は、暗号化された情報の暗号の核酸以外にも、目的に応じて、ベクターに挿入される際に用いられる制限酵素認識配列や、ＤＮＡ発現を調節するためのプロモーター配列（シス配列）など構造的または機能的配列を含んでいてもよい。
【００２９】
次いで、暗号核酸を細胞に導入する。１つの実施形態では、暗号核酸を、細胞への導入のためにベクターに挿入してもよい。別の実施形態では、暗号核酸は、直接細胞に導入することもできる。
【００３０】
ベクターとしては、特に限定されず、プラスミド、ファージ、ファージミドなどが挙げられる。プラスミドとしては、特に限定されず、例えば、ｐＵＣ系プラスミド、ｐＳＣ１０１系プラスミド、Ｔｉプラスミド（ｐＢＩ１２１など）が挙げられる。また、ファージとしては、特に限定されず、例えば、λ系ファージ、Ｍ１３系ファージが挙げられる。ベクターへの核酸断片の挿入も、通常用いられる任意の方法により行われ得る。
【００３１】
本発明によれば、上記のような暗号核酸およびベクターは、暗号化媒体として提供される。暗号核酸は、通常用いられる任意の方法を用いて、媒体に結合、固定化、または固定されて、該媒体を標識し得る。媒体としては、例えば、遺伝子組換えＤＮＡ、紙、ナイロン膜、ビーズ、スライドガラス、シリコン基板、および樹脂が挙げられる。
【００３２】
細胞としては、特に限定されず、例えば、細胞は、植物、動物、微生物などに由来するものが挙げられ、好ましくは、遺伝子組換え植物に由来する。
【００３３】
ベクターまたは核酸を細胞に導入する方法としては、特に限定されず、細胞に応じて適宜選択される。例えば、プラスミドをコンピテントセルに導入する方法、ファージを感染させる方法、電気的に細胞膜に孔をあけてベクターまたは核酸を導入するエレクトロポーレーション法などが挙げられる。
【００３４】
暗号核酸は、ベクターとともに細胞内で増幅され、維持される場合（プラスミドの場合など）、ベクターから染色体に移動して、染色体上で維持される場合（ファージの場合など）があり、細胞内で暗号核酸を維持する形態は特に限定されない。
【００３５】
（核酸を用いる復号化方法）
本発明の暗号化された情報を含む核酸からの復号化は、上記細胞中の上記核酸を解読する工程を含む。細胞に導入された後、細胞内で維持されている上記暗号核酸を解読し得る。解読のために、暗号核酸を細胞から一旦分離し、次いで配列決定してもよいし、あるいは細胞から直接、暗号の塩基配列を配列決定してもよい。例えば、塩基配列解読用プライマーを用いる。塩基配列解読用プライマーの塩基配列は、情報を暗号化する塩基配列（すなわち、暗号核酸の塩基配列、または暗号核酸配列）に基づいて設計してもよいし、ベクター部分の塩基配列に基づいて設計してもよい。１つの実施形態では、塩基配列解読用プライマー対は、暗号核酸配列の５’および３’隣接配列にそれぞれ基づいて設計され得る。５’および３’隣接配列は、暗号核酸配列の５’末端および３’末端に隣接した、上記のようなベクターまたはＤＮＡ断片中の数十塩基を有する配列であり得る。５’および３’隣接配列は、上記のような構造的または機能的配列を含んでもよい。別の実施形態では、塩基配列解読用プライマーのいずれか一方が、暗号核酸の塩基配列に基づいて設計され、そして他方が、５’または３’隣接配列に基づいて設計されてもよい。暗号核酸を細胞から一旦分離する方法としては、特に限定されず、例えば、ＰＣＲ法などの核酸増幅法が挙げられる。
【００３６】
図１では、核酸解読の結果、例えば、「ＡＧＡＧＡＣＡＴＧＧＣＣＣＡＡＴＧＧＣＡＧＴＡＣ」（配列番号１）の塩基配列を得ることができる。この場合、塩基配列「ＡＧＡＧＡＣＡＴＧＧＣＣＣＡＡＴＧＧＣＡＧＴＡＣ」（配列番号１）の２進数列への変換を、所定のアルゴリズム、例えば、コンピュータープログラムを用いて機械的に行い、好ましくは秘密裏に管理された暗号表に基づいて、プリン塩基すなわち「Ａ」または「Ｇ」を２進数の「０」に対応させ、そしてピリミジン塩基すなわち「Ｃ」または「Ｔ」を２進数の「１」に対応させて変換することによって、情報信号として２進数列「０００００１０１００１１１００１００１００１０１」が得られる。
【００３７】
既に細胞に導入された暗号核酸「ＡＧＡＧＡＣＡＴＧＧＣＣＣＡＡＴＧＧＣＡＧＴＡＣ」（配列番号１）が、細胞分裂過程においてトランジション変異（例えば、プリン塩基内、すなわち「Ａ」と「Ｇ」との間の変異、またはピリミジン塩基内、すなわち「Ｃ」と「Ｔ」との間の変異）が生じることにより変異して「ＧＡＧＡＧＴＧＣＡＡＴＴＴＧＧＣＡＡＴＧＡＣＧＴ」（配列番号２）になったとしても、トランジション変異を全く受けていない配列番号１の核酸の塩基配列と同様に、配列番号２の核酸の塩基配列は２進数列「０００００１０１００１１１００１００１００１０１」に変換され得る。
【００３８】
次いで、２進数列「０００００１０１００１１１００１００１００１０１」は、図１の暗号表に基づいて、情報「ＨＩＴＺ０００１」に変換される。このようにして、暗号化された情報は復号化される。
【００３９】
以上のように、本発明によれば、暗号核酸が、細胞の分裂過程においてトランジション変異を受けたとしても、その影響を全く受けずに、暗号化された情報を正しく復号化することができる。
【００４０】
なお、核酸の解読の結果、プリン塩基すなわち「Ａ」または「Ｇ」、およびピリミジン塩基すなわち「Ｃ」または「Ｔ」のいずれでもない塩基が検出された場合、暗号化された情報が正確に維持されなかった可能性が高いので、復号化する工程は実施しない。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明によれば、暗号化された情報は、暗号核酸が導入された細胞の分裂の過程で生じる核酸突然変異の影響を受けることなく、正しく復号化することができる。また、情報をコンパクトな核酸配列に暗号化することができるため、さらに突然変異の影響を受けにくくなる上、核酸の合成に要する時間や費用が省かれる。さらに、情報を暗号化する場合に、塩基配列選択の自由度が高い。このため、核酸配列中のＧＣ含量を制御でき、暗号核酸をＰＣＲ法によって増幅して復号化する過程において、ＧＣリッチな鋳型に強いＰＣＲポリメラーゼを使用する必要がない。また、核酸配列中に特定の塩基配列を組み込みやすくなる。
【図１】
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【国際調査報告】
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