2015 Fiscal Year Research-status Report
出芽酵母の人工進化系構築 ―生命の適応的機能創出をデザインする―
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15KT0147
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
中岡 慎治 東京大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (30512040)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川上 英良 国立研究開発法人理化学研究所, その他部局等, 研究員 (30725338)
細田 一史 大阪大学, 学内共同利用施設等, 准教授 (30515565)
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| Project Period (FY) |
2015-07-10 – 2018-03-31
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| Keywords | 人工共培養系 / 数理モデル / 進化のダイナミクス / 複合オミクス解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、人工的な実験生態系を対象に実験、数理解析を行うことで、進化や適応によって新機能が創出される生命のロバストな一面を予測し、実験的に検証することを目指して研究を進めている。
平成２７年度には、適応度関数自体が変化する状況も含めた適応ダイナミクスの数学理論構築に向けて、複数の解析を実施した (以下列挙)。 [1] 微生物複数種系からなる数理モデルを構築・解析した。具体的には、既存の共培養進化系を想定して個体群動態モデルを構築し、基本的な数理解析を行った。[2] 複合オミクスデータを用いた解析パイプラインの開発に向けて、アルゴリズムの検証を行った。[3] 900 以上の文献の知見を集積した出芽酵母のストレス応答のマップ構築を行った。構築したマップを元にネットワーク解析を行い、外部刺激応答パスウェイに内在する頑健性のメカニズムを示唆した。[4] 世界中のChIPビッグデータを再解析し、転写因子と制御遺伝子を結ぶ転写制御ネットワークを構築した。具体的には、確率的な制御を考慮した重み付きGene Set Enrichment解析手法を考案し、トランスクリプトームデータから非常に高い精度で転写因子活性を予測する手法を確立した。[5] 複数の様々な微生物を混合した微生物生態系を構築し、その測定系を確立した。具体的には、単純な２種類の大腸菌共培養系における実験進化において、その遺伝配列の進化的変化を説明できる簡単なモデルを立てた。さらに、生体内の生化学反応と、個体群動態を両方含めたダイナミックモデルを作成した。
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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
平成２７年度には、既存の共培養進化系を想定した微生物複数種系からなる数理モデルの構築と解析、出芽酵母のストレス応答マップ構築、転写因子と制御遺伝子を結ぶ転写制御ネットワーク構築、複数の様々な微生物を混合した微生物生態系の構築まで進んだ。次年度の解析に必要な部分が完成したため、順調に進展していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度に確立した系に基づき、平成２８年度は分担研究者と以下の課題に取り組む：[1] 共培養系におけるマルチスケールモデルの構築と適応ダイナミクスの理論化 [2] 出芽酵母と大腸菌に関して、転写制御ネットワーク、タンパク質相互作用ネットワークを用いた多階層ネットワークの構築と解析手法の整備 [3] 実験検証に関わる内容では、複数の微生物を用いた様々な既存実験生態系において、実験進化解析系の解析にむけた運用の検討
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| Causes of Carryover |
当初は計画通りに実験を行うことを想定していたが、事前に数理モデルで in silico 進化実験系を構築してシミュレーションを行い、どの程度サンプルを利用するかのメドをたてることで効率よく進められるアイディアを思いついた。このため、次年度に予算を繰越してシミュレーションによる検討が終了した段階で実験解析に着手することとした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
初年度に計上していた予算を加えて、次世代シーケンサーや人工進化生態系を活用した解析を検討する。
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[Journal Article] Network analyses based on comprehensive molecular interaction maps reveal robust control structures in yeast stress response pathways2016
Author(s)
Eiryo Kawakami, Vivek K Singh, Kazuko Matsubara, Takashi Ishii, Yukiko Matsuoka, Takeshi Hase,Priya Kulkarni, Kenaz Siddiqui, Janhavi Kodilkar, Nitisha Danve, Indhupriya Subramanian, Manami Katoh, Yuki Shimizu-Yoshida, Samik Ghosh, Abhay Jere & Hiroaki Kitano
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Journal Title
npj Systems Biology and Applications
Volume: 2
Pages: 15018
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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