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細胞成長の効率に関する理論的研究

Research Project

Project/Area Number 16J10031
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Biological physics/Chemical physics/Soft matter physics
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

姫岡 優介  東京大学, 総合文化研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2016-04-22 – 2018-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
Fiscal Year 2017: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2016: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
KeywordsSystems Biology / Stationary Phase / Cell Growth / Dormancy / Persistence / Adaptation / Epigenetics / ラグタイム / 飢餓状態 / 細胞
Outline of Annual Research Achievements

微生物は富栄養条件下ではその個体数を指数関数的に増大させることが知られており、この成長相はExponential Phaseと呼ばれている。一方で栄養条件が悪化した場合、微生物はStationary Phaseという異なる成長相に入る。Stationary Phaseにおいて微生物はほとんど成長もせず、細胞分裂の頻度も非常に低く抑えられているがそれと同時に死亡速度も非常に低い。Exponential Phaseにおける細胞成長の理論はこれまでに数多くの研究が行われてきたが、多くの研究者が興味を注いでいるにも関わらず、Stationary Phaseの微生物に関する現象論はほぼ皆無であった。Stationary Phaseにおける微生物は非常にエネルギー効率が高いと考えられており、申請研究との親和性も高いテーマであったため、初年度に引き続きStationary Phaseの理論研究を行い、その成果はPhysical Review X誌に掲載された。
また、生物の環境変動に対する新たな適応メカニズムを理論的に提案した。生物は環境変化に応じて内部の化学反応を制御し、高い成長速度を維持できるように適応する機構を持っている。従来、このような適応機構に関してはシグナル伝達系などの研究が主流であった。しかし対応するシグナル伝達系などを持たないような環境変動に直面した場合でも生物は適応的な状態へと遷移できることが実験的に報告されている。このような現象に関してはアトラクター選択理論という先行研究が存在するが、本研究ではDNAのエピジェネティック制御に着目し、適応現象の一般的な理論構築を試みた。本研究によって、ある環境変動に対して、あらかじめシグナル伝達系が用意されていなくても、また高成長状態がアトラクターでなくても、高い成長率が実現できることが明らかになった。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2018 2017 2016 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Theory for Transitions Between Exponential and Stationary Phases: Universal Laws for Lag Time2017

    • Author(s)
      Himeoka Yusuke、Kaneko Kunihiko
    • Journal Title

      Physical Review X

      Volume: 7 Issue: 2 Pages: 021049-021049

    • DOI

      10.1103/physrevx.7.021049

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Theory for Transitions Between Exponential and Stationary Phases: Universal Laws for Lag Time,2018

    • Author(s)
      Yusuke Himeoka
    • Organizer
      EMBO Workshop on Optimizations and trade-off in cell growth and survival
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Lag,Stationary Phaseの細胞モデル2017

    • Author(s)
      姫岡優介
    • Organizer
      生命動態システム科学四拠点・CREST・ PRESTO・QBiC 合同シンポジウム 2017 “生命動態の分子メカニズムと数理
    • Place of Presentation
      理化学研究所生命システム研究センター(大阪府・吹田市)
    • Year and Date
      2017-03-17
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Lag Phase, Stationary Phase の理論モデル2017

    • Author(s)
      姫岡優介
    • Organizer
      第55回 日本生物物理学会年会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Theory for Transitions Between Exponential and Stationary Phases: Universal Laws for Lag Time2017

    • Author(s)
      Yusuke Himeoka
    • Organizer
      EMBO Conference Quantitative Principles in Biology,
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Lag,Stationary Phaseの細胞モデル2016

    • Author(s)
      姫岡優介
    • Organizer
      日本物理学会2016年秋季大会
    • Place of Presentation
      金沢大学角間キャンパス(石川県・金沢市)
    • Year and Date
      2016-09-13
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Lag,Stationary Phaseの細胞モデル2016

    • Author(s)
      姫岡優介
    • Organizer
      物理学的普遍性から生物学的普遍性へ
    • Place of Presentation
      東京大学駒場Ⅰキャンパス(東京都・目黒区)
    • Year and Date
      2016-08-04
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Transitions among Log, Dormant, and Death Phases : Proposition of a simple model and quantitative characterization of dormancy and lag time2016

    • Author(s)
      Yusuke Himeoka
    • Organizer
      Quantitative Laws 2 -From Physiology to Ecology-
    • Place of Presentation
      コモ(イタリア)
    • Year and Date
      2016-06-13
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 東大、微生物の休眠状態の謎と一般法則を理論的に解明

    • URL

      https://www.nikkei.com/article/DGXLRSP449134_W7A620C1000000/

    • Related Report
      2017 Annual Research Report

URL: 

Published: 2016-05-17   Modified: 2024-03-26  

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