シミュレーションと進化実験による宿主と寄生体の競争・共存のフェーズ遷移の理解
| Project/Area Number |
20J21802
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 43040:Biophysics-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
上浦 六十 東京大学, 総合文化研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2020: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | 生命の起源 / RNA / 進化 / 合成生物学 / 複雑化 / 生物物理 / シミュレーション / 多様性 / フェーズ遷移 / 生物進化 |
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| Outline of Research at the Start |
宿主・寄生体 RNAが進化する過程では，それらの集団サイズが激しく振動する競争フェーズと緩やかに振動する共存フェーズが見られる．本研究では先ず，このフェーズ遷移が起こるメカニズムを理解するため，宿主・寄生体RNAのより一般的な共進化シミュレーションを構築する．次に，先行研究で得られた宿主・寄生体RNAで，フェーズ遷移を引き起こしたと考えられるものの複製反応の様子を解析し，継代実験を行う．最後に，これらの宿主・寄生体RNAを用いた実験から得られた条件をモデルに組み込むことで，より精密な条件でのシミュレーションを行い，状態遷移のメカニズムの理論化を目指す．
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度までに、Translation-coupled RNA Replication System（TcRRシステム）の継代実験を模倣したシミュレーションモデルを構築し、これを用いて複数のHostおよびParasiteが共存するために満たされるべき、RNA間相互作用の条件を明らかにした。
本年度では、このシミュレーションモデルを改良し、RNAの進化を考慮したシミュレーションモデルを構築した。単独のHostからシミュレーションを開始したところ、構築されたネットワークのほとんどすべてが前年度に明らかにしたRNA間相互作用の条件に収まっていた。
以上の内容を、実際にTcRRシステムの進化実験で得られたRNAの配列および生理活性を解析することで、実験的にも正しいことを確かめた。まず、過去に行われたTcRRシステムの進化実験で得られたRNA配列を解析すると、ある段階でHostが2系統に分かれ、これらが維持される期間が存在することがわかった。さらにこの期間において、単独のParasiteが特に高濃度で維持されていたことがわかった。
次に、これら2種類のHostと1種類のParasiteが、シミュレーションで確かめられたRNAの共存において満たされるべき条件範囲に収まっていたかを明らかにした。具体的には、配列情報をもとに、in vitroでHostとParasiteを再構成し、これらを混合して複製効率を測定した。すると、一方のHostのみが顕著にParasite耐性を持ち、Parasite耐性を持たないHostが相対的に複製されやすいという、シミュレーションで明らかにされた共存条件が満たされていた。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(10 results)
