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Evolutionary tradeoff between increase and decrease in translation fidelity

Research Project

Project/Area Number 18K19309
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 43:Biology at molecular to cellular levels, and related fields
Research InstitutionWaseda University

Principal Investigator

Daisuke Kiga  早稲田大学, 理工学術院, 教授 (30376587)

Project Period (FY) 2018-06-29 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2018: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Keywords合成生物学 / 遺伝暗号 / タンパク質進化
Outline of Final Research Achievements

In this study, we engineered in vitro genetic code to decrease accuracy of codon-amino acid correspondence. Using the engineered code, our in silico evolution showed the following points. Although the code produce molecules with weak activity due to amino acid replacements, the code can circumvent a risk to be trapped at local optima in evolution.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

直感的に感じられる、遺伝子発現ステップのうちのタンパク質合成におけるエラーは生物にとっての負の側面しかない、という視点が誤りである、ということを示した学術的意義は大きい。社会的意義としても、いろいろ試した際に間違いが次のチャレンジの向上につながる、という視点は興味深い。

Report

(5 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report
  • Research Products

    (25 results)

All 2022 2021 2020 2019 2018 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (19 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 7 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] 遺伝暗号改変を活用した人工進化からみるmagic20の意味2021

    • Author(s)
      木賀大介
    • Journal Title

      生化学

      Volume: 93 Pages: 0-0

    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Journal Article] RNA World2019

    • Author(s)
      Ayukawa Shotaro、Enomoto Toshihiko、Kiga Daisuke
    • Journal Title

      Astrobiology (ed : Yamagishi, Akihiko, Kakegawa, Takeshi, Usui, Tomohiro) ISBN 978-981-13-3639-3内

      Volume: . Pages: 77-90

    • DOI

      10.1007/978-981-13-3639-3_6

    • ISBN
      9789811336386, 9789811336393
    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A highly bioactive Lys-deficient IFN leads to a site-specific di-PEGylated IFN with equivalent bioactivity to that of unmodified IFN-α2b2018

    • Author(s)
      T. Imada, K. Moriya, M. Uchiyama, M. Hitotsuyanagi, A. Masuda, S. Ayukawa, Y. Tagawa, N. Dohmae, M. Yamamura, D. Kiga
    • Journal Title

      ACS Synthetic Biology

      Volume: 7 Issue: 11 Pages: 2537-2546

    • DOI

      10.1021/acssynbio.8b00188

    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Escherichia coli expression, purification, and refolding of human folate receptor α (hFRα) and β (hFRβ)2018

    • Author(s)
      Dharmatti Roopa、Miyatake Hideyuki、Zhang Chen、Ren Xueli、Yumoto Akiko、Kiga Daisuke、Yamamura Masayuki、Ito Yoshihiro
    • Journal Title

      Protein Expression and Purification

      Volume: 印刷中 Pages: 17-22

    • DOI

      10.1016/j.pep.2018.04.006

    • Related Report
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    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Trpを持たない酵素群によって構成される解糖系の構築に向けた活性測定2022

    • Author(s)
      高木有隣 橋本真奈 西田暁史 柘植謙爾 木賀大介
    • Organizer
      生物物理学会関東支部会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] ありえた生命のかたちの設計と実装をDXする2022

    • Author(s)
      木賀大介 宮崎和光 山村雅幸
    • Organizer
      ラボオートメーション研究会
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    • Invited
  • [Presentation] 合成生物学とバイオセキュリティ2022

    • Author(s)
      木賀大介
    • Organizer
      バイオエコノミーの現状 セミナー(シリーズ) 応用編
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  • [Presentation] 合成生物学に期待される役割2021

    • Author(s)
      木賀大介
    • Organizer
      生命倫理学会
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    • Invited
  • [Presentation] 満冨健太、木賀大介2021

    • Author(s)
      組換えと翻訳エラーの併用が進化の局所解トラップを緩和することの計算機実験による検証
    • Organizer
      生物物理学会関東支部会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 木賀大介2020

    • Author(s)
      アミノ酸の種類や忠実度を変化させた遺伝暗号を活用した人工進化で可能になること
    • Organizer
      日本生化学会年会
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    • Invited
  • [Presentation] 木賀大介2020

    • Author(s)
      ありえた・ありえる細胞たちをつくる
    • Organizer
      「細胞を創る」研究会年会
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    • Invited
  • [Presentation] 意図的に翻訳エラーを増大させることによる進化の加速2019

    • Author(s)
      榎本 利彦 、○木賀 大介
    • Organizer
      蛋白質科学会
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  • [Presentation] 遺伝暗号の改変による調節可能な翻訳エラーが適応度地形の局所解へのトラップを回避する2019

    • Author(s)
      榎本 利彦 、○木賀 大介
    • Organizer
      日本進化学会
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 適切な翻訳エラーは進化が局所解で止まってしまわないようにする2019

    • Author(s)
      榎本 利彦 、○木賀 大介
    • Organizer
      「細胞を創る」研究会
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 木賀 大介2019

    • Author(s)
      種々の遺伝暗号それぞれが発揮できるより広い機能性生体高分子の進化戦略
    • Organizer
      分子生物学会
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  • [Presentation] 限定されたアミノ酸セットからなる『単純化遺伝暗号』による人工進化2019

    • Author(s)
      Daisuke Kiga
    • Organizer
      アストロバイオロジーセンター・サテライト研究シンポジウム「深海底から宇宙へ、過去から未来へ、分子から社会へ」
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      2018 Research-status Report
  • [Presentation] Novel Directed Evolution Using Engineered Genetic Code2019

    • Author(s)
      Daisuke Kiga
    • Organizer
      5th Core-to-Core International Symposium
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Transition from low fidelity gene expression to high fidelity2018

    • Author(s)
      Daisuke Kiga
    • Organizer
      Puzzles and Solutions in Astrobiology
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 1コドンに2種類のアミノ酸が割り当てられる遺伝暗号表の構築と特性2018

    • Author(s)
      榎本 利彦, 鮎川 翔太郎, ○木賀 大介
    • Organizer
      生化学会関東支部会
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      2018 Research-status Report
  • [Presentation] Biological containment through engineering of genetic code2018

    • Author(s)
      Daisuke Kiga
    • Organizer
      生物物理学会
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      2018 Research-status Report
  • [Presentation] Programmable misincorporation of amino acids increases probability of protein evolution2018

    • Author(s)
      Toshihiko Enomoto and *Daisuke Kiga
    • Organizer
      27th tRNA conferance
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      2018 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Directed Evolution under genetic codes with reduced-size alphabet2018

    • Author(s)
      Daisuke Kiga
    • Organizer
      First Asian Synthetic Biology Association
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ワークショップ「現在の生命に普遍な4塩基20アミノ酸の制約から外れた進化を探る」オーガナイズ2018

    • Author(s)
      木賀大介 赤沼哲史
    • Organizer
      分子生物学会
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  • [Book] 合成生物学は社会に何をもたらすか2022

    • Author(s)
      島薗 進/四ノ宮 成祥【編著】/木賀 大介/須田 桃子/原山 優子【著】
    • Total Pages
      182
    • Publisher
      専修大学出版局
    • ISBN
      4881253700
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Remarks] NHK 高校 生物基礎 第1回 「生物の特徴」出演

    • URL

      https://www.nhk.or.jp/kokokoza/tv/seibutsukiso/archive/chapter001.html

    • Related Report
      2018 Research-status Report

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Published: 2018-07-25   Modified: 2024-01-30  

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