2015 Fiscal Year Research-status Report
大腸菌進化実験を用いた環境適応ネットワークの構成的理解
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15KT0085
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
古澤 力 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, チームリーダー (00372631)
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| Project Period (FY) |
2015-07-10 – 2018-03-31
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| Keywords | 環境適応ネットワーク / 大腸菌 / 進化実験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生物システムは動的に変化する環境条件に対し、柔軟にその内部状態を変化させることによって適応をする能力を持つ。近年の分子生物学の発展は、その適応に関与する多くの要素を同定した一方で、こうした複数の構成要素からなる環境適応ネットワークが、進化の過程によってどのように出現したかについては、不明な点が多く残されている。こうしたネットワークは、複数の要素とそれらの間の適切な相互作用があって初めて機能的になり、それによって適応度が上昇する。ゆえに、その進化の途中段階では選択圧が生じるとは限らない。おそらくは、既存の分子ネットワークの「使い回し」によって新規の環境適応ネットワークが構築されると考えられるが、その進化過程においてどのように環境と細胞内部状態の動的かつ適切な相互作用が出現するか、理解が進んでいないのが現状である。そこで本研究では、多数の異なる環境下や、時間的に変動する環境下での大腸菌進化実験を行い、その進化ダイナミクスをトランスクリプトーム解析やゲノム変異解析によって定量する。そうした定量データに基づき、細胞モデルの進化シミュレーションを援用しつつ、環境適応ネットワークの進化ダイナミクスが持つ一般的な性質を明らかにする。
平成27年度は、100～200種類の異なるストレス（酸・アルカリ・重金属・抗生物質など）を付与した環境下での大腸菌の進化実験系を立ち上げた。進化実験は研究代表者が開発したラボオートメーションを用いた全自動培養システムを用い、24時間間隔での植え継ぎを長期にわたり行うことにより、ストレス耐性を持った菌株を取得する。並行して、pHの変化など時間的に変動する環境下での進化実験系を立ち上げた。さらに、単純化した細胞モデルの進化シミュレーションを行い、進化過程においてどのような反応ネットワークが出現するか解析した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
多数のストレス環境や、時間的に変動する環境下での進化実験系の立ち上げに成功した。今後この系を用いることにより、進化過程における表現型と遺伝子型の対応を解析することが可能となっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度は、上述の多数のストレス環境や、時間的に変動する環境下での進化実験を行い、耐性株を取得する。トランスクリプトーム解析とゲノム変異解析を用い、その進化ダイナミクスを特徴づける表現型と遺伝子型の変化を抽出する。また、細胞モデルを用いた変動する環境下での進化シミュレーションを行い、そこで出現する反応ネットワークが持つ一般的な性質を抽出する。これら実験研究と理論研究を統合し、適応ネットワークが出現するメカニズムの理解を試みる。
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