AIでDNA配列間の結合予測精度を向上(Scientists Are Getting Better at Predicting Which DNA Sequences Bind to Each Other. AI is Helping.)

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2026-07-14 ノースカロライナ州立大学(NC State)

米国ノースカロライナ州立大学(NC State University)の研究チームは、DNA同士がどの程度結合するかを高精度で予測できる人工知能(AI)モデル「BINND(Binding and Interaction Neural Network for DNA)」を開発した。生体内では1本のDNAが多くのDNA配列と複雑に結合するが、従来の予測手法ではこうした複雑な相互作用を十分に再現できなかった。研究チームは、約1億4,400万組のDNA配列の結合データを独自に作成し、それを用いて深層学習モデルを訓練した。その結果、DNA同士の結合を83.5%の精度で予測し、従来の最先端手法より10%以上高い精度を達成した。また、予測速度も約50倍に向上した。この技術は、遺伝子診断やバイオエンジニアリング、DNAを記憶媒体や計算に利用するDNAコンピューティングなどへの応用が期待されており、研究チームはBINNDを研究者向けに公開し、幅広い分野での活用を目指している。

<関連情報>

深層学習が異質なDNA-DNA結合を予測し、超接続ネットワークを構築する Deep Learning Predicts Dissimilar DNA-DNA Binding and Engineers Hyperconnected Networks

Karishma Matange,Gunavaran Brihadiswaran,Kyle J. Tomek,Kevin Volkel,Doug Townsend,James M. Tuck & Albert J. Keung
Nature Communications  Published:09 July 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-75395-w  Unedited version

Figure 3. BINND distinctly stratifies binding and non-binding sequences.

Abstract

Common frameworks in molecular bioengineering and synthetic biology focus on orthogonality, viewing weak or non-specific interactions as problems to avoid. This constrains the usable sequence space, limits scalability, and neglects scenarios where synthetic systems must operate within natural backgrounds of high sequence diversity. Harnessing the full space is difficult because models are lacking that can accurately and quickly predict non-orthogonal interactions and be validated against ground truth data. Here we develop BINND — Binding and Interaction Neural Network for DNA — using DNA-DNA interactions as a testbed. BINND combines an ultra-high throughput platform measuring millions of interactions with a deep learning model attaining accuracies above 80%, generalizing across diverse sequences and running 50 times faster than current models. We demonstrate its value with a searchable DNA network of fictitious storybook characters. BINND enables accurate prediction for diagnostics, bioengineering, and DNA origami, supporting a shift toward exploiting the full sequence space.

細胞遺伝子工学
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