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ゲノム変異によらない環境適応とそれを安定かつ長期的に記憶する機構

Research Project

Project/Area Number 26650138
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

Allocation TypeMulti-year Fund
Research Field Evolutionary biology
Research InstitutionInstitute of Physical and Chemical Research

Principal Investigator

鈴木 真吾  国立研究開発法人理化学研究所, 生命システム研究センター, 研究員 (60379154)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2016-03-31
Project Status Discontinued (Fiscal Year 2015)
Budget Amount *help
¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2015: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords環境適応 / 実験進化 / ゲノム変異 / ゲノム立体構造 / 核様体タンパク質 / 細胞壁合成阻害剤 / 大腸菌 / ゲノム重複
Outline of Annual Research Achievements

生物システムは一般に、環境の変化に応じて表現型と遺伝子型を柔軟に変化させ、その環境に適応することが可能である。代表者らの先行研究により、ストレス環境下における耐性株の出現は、突然変異と選択からなる一般的な進化機構に加え、ゲノム変異を伴わない環境適応とその表現型を安定かつ長期的に記憶する機構が寄与していることが示唆されている。本課題では、抗菌薬の一種である細胞壁合成阻害剤に対する耐性能獲得をモデルとし、記憶機構を担う遺伝子群の同定およびその分子機構の解明を目指した。
ゲノムDNA立体構造の変化およびそれが保持されることによって適応能が安定かつ長期的に記憶されているという仮説のもと、昨年度は、ゲノムDNAの立体構造を制御するNAPs(Nucleoid Associated Proteins)遺伝子群破壊株の作製およびその進化実験により、記憶機構に関与すると考えられる複数のNAPs遺伝子の同定に成功した。また、細胞壁合成阻害剤に対する耐性能の獲得には、点変異や小規模な欠損および挿入変異の他に大規模なゲノム重複も大きく寄与することを明らかにした。
そこで本年度は、同定されたNAPs遺伝子群のさらなる解析を目指し、より詳細な進化実験を執り行ったところ、lrp、ihfA破壊株の耐性能獲得は顕著に抑制されることが判明した。また、大規模なゲノム重複に関与するとされているリコンビナーゼ遺伝子recA破壊株の進化実験およびゲノム変異解析を行ったところ、細胞壁合成阻害剤に対する耐性能の獲得過程においてゲノム重複が抑制され、少数の変異のみにて耐性化がなされていることが判明した。しかしながら、同定された変異を親株のゲノムに導入しても耐性能が付与されない場合が多々あり、ゲノム変異を伴わない環境適応および記憶機構の存在がより強く示唆された。

Report

(2 results)
  • 2015 Annual Research Report
  • 2014 Research-status Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2016 2015 2014 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Phenotypic changes associated with the fitness cost in antibiotic resistant Escherichia coli strains2016

    • Author(s)
      Shingo Suzuki, Takaaki Horinouchi, Chikara Furusawa
    • Journal Title

      Molecular Biosystems

      Volume: Vol.12  No.2 Issue: 2 Pages: 414-420

    • DOI

      10.1039/c5mb00590f

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Suppression of antibiotic resistance acquisition by combined use of antibiotics2015

    • Author(s)
      S. Suzuki, T. Horinouchi, C. Furusawa
    • Journal Title

      Jour. Biosci. Bioeng

      Volume: - Issue: 4 Pages: 467-469

    • DOI

      10.1016/j.jbiosc.2015.02.003

    • NAID

      110010010232

    • Related Report
      2014 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Prediction of antibiotic resistance by gene expression profiles2014

    • Author(s)
      S. Suzuki, T. Horinouchi, C. Furusawa
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 5 Issue: 1 Pages: 5792-5792

    • DOI

      10.1038/ncomms6792

    • Related Report
      2014 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Development of an Automated Culture System for Laboratory Evolution2014

    • Author(s)
      Takaaki Horinouchi, Teruaki Minamoto, Shingo Suzuki, Hiroshi Shimizu, Chikara Furusawa
    • Journal Title

      Journal of Laboratory Evolution

      Volume: in press Issue: 5 Pages: 478-482

    • DOI

      10.1177/2211068214521417

    • Related Report
      2014 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 実験進化による薬剤耐性菌の創出とオミクス解析を用いた耐性能推定2015

    • Author(s)
      鈴木真吾
    • Organizer
      第75回日本寄生虫学会東日本大会
    • Place of Presentation
      東京都千代田区 LEN貸会議室 御茶ノ水 ニコライ堂前
    • Year and Date
      2015-09-26
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 全自動実験進化システムによる多剤耐性菌の創出と進化プロセスの解析2015

    • Author(s)
      鈴木真吾
    • Organizer
      新学術ゲノム支援2015年度拡大班会議
    • Place of Presentation
      京都府京都市 国立京都国際会館
    • Year and Date
      2015-08-27
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Experimental evolution of antibiotic resistant Escherichia coli2015

    • Author(s)
      Shingo Suzuki
    • Organizer
      QBiC Symposium 2015 High-Dimensional Data for the Design Principles of Life
    • Place of Presentation
      大阪府吹田市 理化学研究所生命システム研究センター
    • Year and Date
      2015-08-24
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 大腸菌の実験進化による適応進化ダイナミクスの解析2015

    • Author(s)
      鈴木真吾、古澤力
    • Organizer
      日本進化学会第17回大会
    • Place of Presentation
      東京都文京区 中央大学後楽園キャンパス
    • Year and Date
      2015-08-20
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Prediction of antibiotic resistance by transcritpome and genomics analyses2015

    • Author(s)
      鈴木真吾、堀之内貴明、古澤力
    • Organizer
      第88回日本細菌学会総会
    • Place of Presentation
      長良川国際会議場
    • Year and Date
      2015-03-26 – 2015-03-28
    • Related Report
      2014 Research-status Report
  • [Presentation] 実験進化とオミクス解析による微生物の適応・進化機構に関する研究2015

    • Author(s)
      鈴木真吾
    • Organizer
      第9回日本ゲノム微生物学会年会
    • Place of Presentation
      神戸大学(六甲第二キャンパス)神大会館(百年記念館)
    • Year and Date
      2015-03-06 – 2015-03-08
    • Related Report
      2014 Research-status Report
    • Invited
  • [Remarks] バクテリアの抗生物質耐性を予測する新手法を開発

    • URL

      http://www.riken.jp/pr/press/2014/20141217_3/

    • Related Report
      2014 Research-status Report

URL: 

Published: 2014-04-04   Modified: 2017-01-06  

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