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実験室進化による代謝アダプテーションの制約の解析

Publicly Offered Research

Project AreaTransomic Analysis of Metabolic Adaptation
Project/Area Number 18H04807
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionInstitute of Physical and Chemical Research

Principal Investigator

堀之内 貴明  国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 研究員 (60610988)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥11,700,000 (Direct Cost: ¥9,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000)
Fiscal Year 2019: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
Fiscal Year 2018: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
Keywords実験室進化 / オミクス解析 / 代謝阻害剤 / トランスオミクス解析 / 実験自動化 / トランスオミクス
Outline of Annual Research Achievements

生物システムは環境変動に対し、ゲノム配列・遺伝子発現・代謝フラックスなど複数の階層をまたぐダイナミックな相互作用を通じ、表現型を変化させることにより適応することができる(代謝アダプテーション)。しかしその代謝アダプテーションによる表現型の変化は変幻自在というわけではなく、制約が存在する。本研究は大腸菌の代謝アダプテーションにおける大規模なトランスオミクス解析により、代謝アダプテーションの過程において取り得る表現型が一定の範囲に制約されるメカニズムの理解と、その予測と制御を可能とする手法を開発することを目指した。
2019年度は、前年度に取得した様々な作用機序の代謝阻害剤に対する代謝適応株のトランスオミクス解析(ゲノム、トランスクリプトーム、メタボローム解析)を行った。これらの解析により、適応現象に関与すると思われる変異および発現変動遺伝子を同定し、また適応現象に伴って蓄積量が変化した細胞内代謝物を発見することができた。また、前年度に見出した、トレードオフの関係を示すような代謝阻害剤のペアに着目し、それら代謝阻害剤に対する適応株のトランスオミクス状態の変化をさらに詳細に解析したところ、これらの株は異なる向きに細胞内部状態を変化させていることが示唆された。これらの代謝阻害剤は同時添加により相乗効果をもたらすことも見出しており、得られた結果は代謝状態のとりうる範囲を規定する分子メカニズムの解明と、それに基づく代謝状態の制御の基盤になると期待できる。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2020 2019 2018 Other

All Journal Article (8 results) (of which Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 7 results) Presentation (6 results) (of which Invited: 5 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Suppression of antibiotic resistance evolution by single-gene deletion2020

    • Author(s)
      Horinouchi Takaaki、Maeda Tomoya、Kotani Hazuki、Furusawa Chikara
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 10 Issue: 1 Pages: 4178-4178

    • DOI

      10.1038/s41598-020-60663-6

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Understanding metabolic adaptation by using bacterial laboratory evolution and trans-omics analysis2020

    • Author(s)
      Horinouchi Takaaki、Furusawa Chikara
    • Journal Title

      Biophysical Reviews

      Volume: - Issue: 3 Pages: 677-682

    • DOI

      10.1007/s12551-020-00695-4

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Analysis of Bacterial Laboratory Evolution toward Prediction, Control, and Macroscopic State Theory of Evolution2019

    • Author(s)
      FURUSAWA Chikara、HORINOUCHI Takaaki
    • Journal Title

      Seibutsu Butsuri

      Volume: 59 Issue: 5 Pages: 262-265

    • DOI

      10.2142/biophys.59.262

    • NAID

      130007718911

    • ISSN
      0582-4052, 1347-4219
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 大規模データ取得のための実験自動化技術の現状と展望2019

    • Author(s)
      堀之内貴明
    • Journal Title

      生物工学

      Volume: 97 Pages: 269-272

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] High-throughput identification of the sensitivities of an Escherichia coli ΔrecA mutant strain to various chemical compounds2019

    • Author(s)
      Maeda Tomoya、Horinouchi Takaaki、Sakata Natsue、Sakai Aki、Furusawa Chikara
    • Journal Title

      The Journal of Antibiotics

      Volume: - Issue: 7 Pages: 1-8

    • DOI

      10.1038/s41429-019-0160-5

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Enhancement of K-strategy evolution in histidine utilization using a container with compartments2018

    • Author(s)
      Komori Takahiro、Shibai Atsushi、Saito Hiromi、Akeno Yuya、Germond Arno、Horinouchi Takaaki、Furusawa Chikara、Tsuru Saburo
    • Journal Title

      Genes to Cells

      Volume: 23 Issue: 10 Pages: 893-903

    • DOI

      10.1111/gtc.12640

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Raman spectral signature reflects transcriptomic features of antibiotic resistance in Escherichia coli2018

    • Author(s)
      A. Germond, T. Ichimura, T. Horinouchi, H. Fujita, C. Furusawa, T. M. Watanabe
    • Journal Title

      Communications Biology

      Volume: 1 Issue: 1 Pages: 85-85

    • DOI

      10.1038/s42003-018-0093-8

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Understanding and engineering alcohol-tolerant bacteria using OMICS technology2018

    • Author(s)
      Horinouchi Takaaki、Maeda Tomoya、Furusawa Chikara
    • Journal Title

      World Journal of Microbiology and Biotechnology

      Volume: 34 Issue: 11 Pages: 1-9

    • DOI

      10.1007/s11274-018-2542-4

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 全自動実験室進化システムと大規模計測を用いたストレス耐性大腸菌の育種2019

    • Author(s)
      堀之内貴明
    • Organizer
      日本生物工学会バイオインフォマティクス相談部会第三回講演会~大規模計測技術とインフォマティクスと自動化~
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 大腸菌の大規模実験室進化とオミクス解析による適応進化動態の解析2019

    • Author(s)
      堀之内貴明
    • Organizer
      第35回個体群生態学会, 公募シンポジウム「生物や生態系全体の動態をとらえる網羅的実験の新展開」
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 実験室進化による大腸菌の様々な環境への適応進化の解析とその応用2019

    • Author(s)
      堀之内貴明
    • Organizer
      酒類総合研究所理研BDRセミナー
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      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 全自動培養システムを用いた多種ストレス環境下における大腸菌の大規模実験室進化2019

    • Author(s)
      前田智也、 岩澤諄一郎、 堀之内貴明、 阪田奈津枝、 小谷葉月、 川田正子、 田邊久美、 古澤力
    • Organizer
      第13回日本ゲノム微生物学会年会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 実験室進化による大腸菌の進化過程の理解とその利用2018

    • Author(s)
      堀之内貴明
    • Organizer
      JST植物関係領域合同若手研究会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 大腸菌の大規模実験室進化による適応進化過程の解析2018

    • Author(s)
      堀之内貴明
    • Organizer
      日本遺伝学会第90回大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Remarks] Takaaki Horinouchi's web site

    • URL

      https://sites.google.com/site/takaakihorinouchi/

    • Related Report
      2019 Annual Research Report

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Published: 2018-04-23   Modified: 2021-01-27  

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