2013 Fiscal Year Research-status Report
ウイルス感染動態中のタンパク質発現時間分布モデリングとデータ解析理論の構築
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25800092
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Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
岩見 真吾 九州大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (90518119)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 数理モデル / 偏微分方程式 / 時間遅れをもつ微分方程式 / 微分方程式 / パラメータ推定 / 融合研究 |
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| Research Abstract |
ウイルス複製過程では、まず標的細胞にウイルスが侵入し脱殻する。そして、自身のゲノムを宿主のゲノムに組み込み、転写•複製を開始させる。最後に子孫ウイルスが作られ、放出される。このような過程の中で、ウイルスが脱殻してから子孫ウイルスを複製するまでの間はウイルスを観測することができない。この期間のことを暗黒期と呼ぶ。現在まで暗黒期に関する数理モデル研究は複数報告されているが、暗黒期を定量的に扱った研究はほとんど存在しない。本研究では、ウイルス侵入細胞がウイルスタンパク質を産生するまでの時間（すなわち、暗黒期）がどのように分布しているかを感染実験により調べた。さらに、偏微分方程式を用いてこれらの暗黒期を詳細に記述する数理モデルを開発し、感染実験データを解析した。
①感染細胞内において感染後期に発現するウイルスタンパク質の“産生時間分布”の推定法を開発した。ウイルスタンパク質の産生時間分布がガンマ分布に従う事を実験と統計的な解析により突き止めることがでた。
②偏微分方程式を用いてこれらの分布を考慮したウイルス感染動態を記述する数理モデルを開発した。産生時間分布がガンマ分布に従う事を考慮すれば開発した偏微分方程式はLinear-chain-trickを用いることで最終的に常微分方程式に帰着されることが分かった。③開発した数理モデルを用いてすでに出版されているウイルス感染実験のデータを解析することを行った。従来の数理モデルによる解析と比較することで、暗黒期は、特に、新規感染に関するウイルスダイナミクス（ウイルス感染率や基本再生産数）に大きな影響を与える事が分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
約５年半にわたる実験ウイルス学者と共同研究により“培養細胞を用いたウイルス感染動態の定量化”に関する研究を効率よく進めることができた。他分野との融合研究の場合、まずは意思疎通に時間を要するが私たちのチームは、その必要がなかった。
また、実験データから得られた生物学的に妥当な結果（ガンマ分布）が数学的に良い仮定になっていた事により、偏微分方程式を時間遅れを持つ微分方程式に変換することができ、さらに、常微分方程式に変換することができたからである。
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| Strategy for Future Research Activity |
申請段階では提案していなかったウイルス感染実験も本課題を推進する中で検討実験として行った。提案していた実験は開始時にすべての細胞にウイルスが侵入しているという数理モデリングのためには理想的な状況である反面、生物学的には不自然な状況であった。これまでの研究から、数理モデルを完成させることができたので、次は生物学的に自然な状況（すなわち、実験開始時に一部の細胞にはウイルスが侵入していない）で得られた実験データをうまく説明できるかどうか検証していく。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
予定していた共同研究者の大学への海外出張が先方の都合でキャンセルになったために残額が生じた。
今年度に昨年度にキャンセルになった海外出張を行う。もしくは、共同研究者を申請者の所属大学に招聘し、共同研究を進める。
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