2018 Fiscal Year Annual Research Report
環境へのフィードバック制御を用いた進化過程をコントロールする手法の開発
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17H03622
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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, 生命機能科学研究センター, チームリーダー (00372631)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 進化実験 / 大腸菌 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年大きな問題となっている抗生物質耐性菌の出現を抑制するためには、その進化ダイナミクスを理解し、制御する必要がある。そこで本研究では、進化実験で得られた様々な抗生物質耐性の大腸菌株について、その表現型と遺伝子型を定量したデータに基づき、その耐性獲得への進化ダイナミクスを制御する手法を考案する。単独の抗生物質に対する耐性菌の表現型・遺伝子型データから、複数の抗生物質を同時に添加したときの進化ダイナミクスを予測し、進化実験を行うことによって検証する。さらに、抗生物質に限らず様々な環境摂動を与えて進化実験を行い、耐性獲得ダイナミクスに影響を与える摂動のスクリーニングを行う。
これまでに、申請者が開発したラボオートメーションを用いた全自動の進化実験システムを用いて得られた、酸・アルカリ・界面活性剤・抗生物質など95種類のストレスに対する耐性大腸菌について、一つのストレスに対する耐性獲得が、他の様々なストレスへの耐性をどのように変化させるかを定量している。結果として、ある一つのストレスへの耐性獲得が、他の様々なストレスへの耐性・感受性を変化させる交差耐性と交差感受性と呼ばれる現象が多くの組み合わせで見出された。さらに、複数のストレス誘引物質を適切な濃度比率で同時添加し、フィードバック制御を加えることにより、目的の耐性プロファイルを持つ菌株を獲得する進化実験のアルゴリズムを構築した。これらの結果に基づき、目的の耐性プロファイルを持つ大腸菌を得るための進化実験が進行中である。
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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
本研究では、複数の環境摂動を与えることにより、進化ダイナミクスを予測・制御する手法を開発することを目的としている。今年度に得られた様々なストレス耐性の間にある交差耐性・感受性のデータは、その予測と制御へ向けて基盤となるデータである。多くの組み合わせで交差耐性・感受性が見出されており、耐性メカニズムの相互作用が十分に密であり、目的している進化の制御が十分に可能であることが示唆された。また、すでにそのデータの解析に基づいて進化実験を開始しており、研究は順調に進展をしていると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
2019年度は、複数のストレス誘引物質を添加し、その濃度比にフィードバック制御を加えた進化実験を実施する。得られたデータを解析し、進化の予測と制御を可能とする進化実験アルゴリズムを構築する。
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