MEC (Stage 3)

DNA Computing Algorithms for Molecular Diagnosis


Overview

종래의 분자유전학적 임상진단방법은 기기 및 그 운영비용으로 인하여 분석비용이 높으며, 분석에 많은 시간이 요구되고, 분석 방법 자체의 복잡성 등의 단점을 가지고 있다. 또한 분석 과정과 진단 과정이 분리되어 있어 분석 후 그 결과의 변환 및 처리가 추가로 필요하다. 그러나 본 과제에서 개발하고자 하는 DNA 컴퓨팅을 이용한 진단 칩은 생체 분자를 이용한 정보 처리의 특성 상 분석 과정과 진단 과정이 분리되지 않아 정보의 변환 과정 없이 특정 유전자의 검출로부터 진단에 이르기까지의 과정을 한 번에 수행 가능하다. 또한 전기적 검출 기법을 이용한 LOC 형태로 개발되어 간편하고 신속하게 진단 결과를 확인할 수 있다.

본 과제에서는 1, 2 단계에서 개발한 DNA 컴퓨팅 (DNAC) 분자 알고리즘과 실험 기술 및 생명공학(BT)과 정보기술(IT)에의 응용 기술을 토대로 BT와 IT 분야의 구체적인 응용 시스템을 개발하고 이를 산업화하기 위한 기술 개발을 목표로 한다. BT 분야로의 구체적인 응용 및 산업화 목표는 백혈병 진단과 약물대사유전자 진단 바이오칩이며 이를 위해서 DNAC 기반의 질병진단 알고리즘과 이를 지원하는 소프트웨어를 개발한다. IT 분야로의 응용 목표는 DNAC의 정보처리 원리를 이용하여 효율적으로 패턴인식 문제를 해결하는 실리콘 하드웨어 개발이다.

연구목표

  • DNAC 기반 질병 진단 LOC 개발
    • DNAC기반 백혈병 진단용 LOC
    • DNAC기반 약물대사유전자 진단용 LOC
  • LOC 개발 및 구동을 위한 기반 기술 개발
    • 전기적 검출 array형 LOC 개발
    • LOC 구동용 SW 개발
    • LOC 검출 및 결과 분석용 SW 개발
  • DNAC 기반 기술 개발
    • DNAC 기반 바이오 응용 소프트웨어 개발
    • DNA Computing용 반도체칩 개발 및 질병진단에 활용
    • 질병 진단을 위한 DNAC 알고리즘과 지원 소프트웨어 개발

Publications

  • An evolutionary Monte Carlo algorithm for predicting DNA hybridization, J.-S. Kim, J.-W. Lee, Y.-K. Noh, J.-Y. Park, D.-Y. Lee, K.-A. Yang, Y.G. Chai, J.-C. Kim, and B.-T. Zhang, BioSystems, 91(1):69-75, 2008.
  • Thermodynamics-based weight encoding methods for improving reliability of biomolecular perceptrons, H.-W. Lim, S.-I. Yoo, and B.-T. Zhang, Journal of the Korea Information Science Society: Software and Applications, vol.34, no.12, pp.1056-1064, 2007.
  • Finding cancer-related gene combinations using a molecular evolutionary algorithm, Chan-Hoon Park,Soo-Jin Kim,Sun Kim, Dong-Yeon Cho, Byoung-Tak Zhang, IEEE 7th international conference on Bioinformatics & BioEngineering (BIBE 2007), pp. 158-163, 2007.
  • Evolving hypernetworks for pattern classification, Joo-Kyung Kim, Byoung-Tak Zhang, IEEE Congress on Evolutionary Computation (CEC 2007), pp.1856~1862, 2007.
  • Evolving hypernetwork classifiers for microRNA expression profile analysis, S. Kim, S.-J. Kim, and B.-T. Zhang, IEEE Congress on Evolutionary Computation (CEC 2007), pp. 313-319, 2007.
  • Use of evolutionary hypernetworks for mining prostate cancer data, C.-H. Park, S.-J. Kim, S. Kim, D.-Y. Cho, B.-T. Zhang, 8th International Symposium on Advanced Intelligent Systems (ISIS 2007), pp. 702-706, 2007.
  • Random hypergraph models of learning and memory in biomolecular networks: shorter-term adaptability vs. longer-term persistency, B.-T. Zhang, The First IEEE Symp. on Foundations of Computational Intelligence (FOCI '07), pp. 344-349, 2007.
  • Evolutionary hypernetwork models for aptamer-based cardiovascular disease diagnosis, J.-W. Ha, J.-H. Eom, S.-C. Kim, and B.-T. Zhang, The Genetic and Evolutionary Computation Conference (GECCO 2007), pp. 2706-2716, 2007.
  • Multiplex PCR assay design by hybrid multiobjective evolutionary algorithm, I.-H. Lee, S.-Y. Shin, B.-T. Zhang, Lecture Notes in Computer Science, EMO 2007, 4403:376-385, 2007.
  • In vitro molecular pattern classification using DNA-based weighted sum computation, H.-W. Lim, S.H. Lee, K.A. Yang, S.-I. Yoo, T.H. Park, and B.-T. Zhang, Preliminary Proceedings of the 13th International Meeting on DNA Computing (DNA13), p.90, 2007.
  • A multiple microRNA detection system based on computational self-assembly of DNA-gold nanoparticles, Yang K.A., Lee, J.-H., Lee, I.-H., Zhang, B.-T., Foundation of Nanoscience (FNANO 2007), p. 67, 2007.
  • A DNA computing-inspired silicon chip for pattern recognition, J.-K. Kim, B.S. Kim, O.H. Kwon, S.K. Hwang, J.-W. Ha, C.-H. Park, D.J. Chung, C.H. Lee, J. Park, and B.-T. Zhang, Preliminary Proceedings of the 13th International Meeting on DNA Computing (DNA13), p.373, 2007.
  • Implementation of DNA Computing for Decision Tree Based Disease Classification, K.-A. Yang, S.-Y. Shin, I.-H. Lee, J.-H. Lee, B.-T. Zhang, 2007 International Nanotech Symposium & Exhibition in Korea (NanoKorea 2007), p. 216, 2007.
  • DNA 커널이 양한정 조건을 만족시키기 위한 온도 조절 디자인, 노영균, 김청택, 장병탁, 2007 한국컴퓨터종합학술대회 논문집, 제34권 1(A), pp. 15-20, 2007.
  • 하이퍼네트워크 관점에서 본 문서에서의 단어간 긴밀성과 다양성의 대칭성, 김준식, 박찬훈, 장병탁, 2007 한국컴퓨터종합학술대회 논문집, 제34권 1(A), pp. 31-32, 2007.

Project Title 지능형 생물정보처리시스템 개발
Sponsor 산업자원부 차세대신기술개발사업
Duration September 2006 - August 2009
Principal Investigator Prof. Byoung-Tak Zhang
Researchers Kyung-Ae Yang
In-Hee Lee
Ha-Young Jang
Joo-Kyung Kim
Jung-Woo Ha
Seung-Hwan Lee
Ji-Hoon Lee
Collaborative Organizations 서울대학교 세포 및 미생물 공학 연구실
인하대학교 수퍼지능연구소
서울대학교 나노응용시스템연구센터
디지탈지노믹스(주)
(주)씨티앤디

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