2024年度学院等開講科目情報理工学院数理・計算科学系知能情報コース

生命システムデザイン

開講元: 知能情報コース
担当教員: 山村雅幸 / 関嶋政和 / 瀧ノ上正浩 / 濵田省吾
授業形態: 講義 (ハイフレックス型)
メディア利用科目: -
曜日・時限 (講義室): 月5-6 (S2-202 (S223)，G1-106 (G112)) / 木5-6 (S2-202 (S223)，G1-106 (G112))
クラス: -
科目コード: ART.T546
単位数: 200
開講時期: 2024年度
開講クォーター: 2Q
シラバス更新日: 2025年3月14日
使用言語: 英語

シラバス

授業の目的（ねらい）、概要

生命システムの設計原理の基礎をシステム論的な観点から理解し、関連する計算科学的な手法を広く学習するとともに、合成生物学、システム生物学、バイオインフォマティクス、分子コンピューティング、分子ロボティクスなどの生命情報学の応用分野に関して幅広く理解する。

到達目標

線形・非線形微分方程式による力学系、統計力学、熱力学、オートマトン、確率過程などの生命システムの設計原理の数学的基礎を説明できるようにする。遺伝子回路などの生体ネットワークのモデリングとシミュレーション、生命システムに学んだ新規システムやデバイスのデザインと構築の手法、バイオインフォマティクス、生体分子シミュレーションなど、適切な計算科学的な手法を選択して説明できるようにする。生体分子を用いた新規の分子情報デバイス、分子コンピュータ等を設計できるようにする。

キーワード

合成生物学，システム生物学，進化計算，分子シミュレーション,生物物理学,分子コンピューティング，分子ロボティクス,バイオインフォマティクス

学生が身につける力

専門力
教養力
コミュニケーション力
展開力 (探究力又は設定力)
展開力 (実践力又は解決力)

授業の進め方

毎回，担当教員によるオリジナル資料を用いて講義する．毎回，簡単な個人演習またはグループ演習を通じて，知識の習得を助けると同時に達成度を評価する．

授業計画・課題

	授業計画	課題
第1回	数学的基礎１：線形・非線形微分方程式によるモデリングとシミュレーション	線形・非線形微分方程式の解法
第2回	数学的基礎２：オートマトンと確率過程によるモデリングとシミュレーション	確率過程の解析
第3回	システム生物学／合成生物学１：生物学的情報の流れと細胞内の物質代謝	セントラルドグマの理解
第4回	システム生物学／合成生物学２：人工遺伝子回路の設計と解析	人工遺伝子回路の概念理解
第5回	システム生物学／合成生物学３：人工生命の進化的設計	進化計算の実装
第6回	分子シミュレーション／バイオインフォマティクス１：バイオインフォマティクス基礎	バイオインフォマティクスの基礎概念
第7回	分子シミュレーション／バイオインフォマティクス２：分子動力学シミュレーション	分子動力学の基礎
第8回	分子シミュレーション／バイオインフォマティクス３：ドッキングシミュレーション	幾何学的シミュレーションの基礎
第9回	分子コンピューティング１: 分子コンピュータの基礎	分子コンピュータの基礎概念
第10回	分子コンピューティング2: DNA/RNAの熱統計力学と二次構造予測計算・塩基配列設計（自由エネルギー計算法とハミング距離法）	熱統計力学・自由エネルギーの理解、生体高分子の二次構造とその予測法の理解
第11回	分子コンピューティング３: DNAコンピューティングと化学反応モデル	化学反応の方程式の理解
第12回	分子ロボティクス1: DNAナノテクノロジーとDNAナノ構造	DNAナノ構造をはじめとしたDNAナノテクノロジーの基礎概念
第13回	分子ロボティクス2: 分子デバイス	生体分子デバイス（センサ・プロセッサ・アクチュエータ）の理解
第14回	分子ロボティクス3: インテグレーション例とその応用	分子デバイス統合のシステムとしての理解

準備学修(事前学修・復習)等についての指示

学修効果を上げるため，教科書や配布資料等の該当箇所を参照し，「毎授業」授業内容に関する予習と復習（課題含む）をそれぞれ概ね100分を目安に行うこと。

教科書

指定しない．

参考書、講義資料等

毎回，担当教員によるオリジナル資料を用いて講義する．

成績評価の方法及び基準

毎回，簡単な個人演習またはグループ演習を通じて，知識の習得を助けると同時に達成度を評価する．

履修の条件・注意事項

なし

連絡先 (メール、電話番号) ※”[at]”を”@”(半角)に変換してください。

メール：my[at]c.titech.ac.jp，内線：5212

オフィスアワー

事前に連絡のこと

その他

なし