2019 Fiscal Year Annual Research Report
Highly massive parallel evolutionary computation for designing artificial genetic circuits and microbe networks
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17H01796
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
山村 雅幸 東京工業大学, 情報理工学院, 教授 (00220442)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ウェットＧＡ / 細胞間通信 / 人工遺伝子回路 / 根圏 / 微生物生態系 / 細菌群衆 / 環境メタゲノム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生命にアイデアを得た進化計算の応用を通じて培われた探索戦略を、分子上に実装したウェットGA を提案し、タンパク質工学に応用してきた。生物学実装を理想化して高度並列進化計算を提案し、その基本的性質を解析した。本研究はこれらの成果を踏まえ、スパイラルの次の段階として計算モデルの応用を考え、合成生物学における人工遺伝子回路、および多種の微生物からなる生態系ネットワークの設計を試みた。
人工遺伝子回路設計では、幹細胞の分化・脱分化のモデルシステムとして利用される、小分子によるバクテリアの細胞間通信および細胞の状態表現に対応するトグルスイッチを組み合わせた複雑な人工遺伝子回路について、数理解析および実験解析を行った。その結果、培養時に継続的に適度な希釈を行うことによって、分化・脱分化の比率維持がロバストとなることを、数理と実験の両面から明らかにした。成果については、英文誌への投稿準備の最終段階にある。
微生物生態系のネットワーク設計では、本年は新型コロナウィルス感染対策のため、実際の環境フィールドでのサンプル採取は実施しなかった。その代わりに、アクリル板による育成ポットを自作して、屋内でのエン麦の根圏の微生物生態系の発達過程の観察とメタゲノム計測を行った。その結果、発芽からの生育過程に従って微生物生態系に一定の変化がみられるという文献の知見を再現した。
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| Research Progress Status |
令和元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 |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Remarks |
微生物生態系の応用領域として循環型の農業を考え、学内の関連研究者を集めて研究活動を行っている。自然界では土・草・牛の大きな循環によって物質が有効活用され、微生物生態系が極めて重要な役割を演じている。研究推進体では、SDGsの視点から、土壌への炭素貯留、反芻家畜のメタン抑制など、生命を中心とした炭素循環による地球に優しい農工業を目指す。
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