2014 Fiscal Year Annual Research Report

ウイルス・宿主共存機構：宿主個体群構造ダイナミクスの生理生態学的・数理学的解析

Research Project

Project/Area Number	26291092
Research Institution	Okayama University
Principal Investigator	植木尚子岡山大学, その他部局等, 助教 (50622023)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	佐藤昌直基礎生物学研究所, 大学共同利用機関等の部局等, 助教 (20517693) 中山奈津子独立行政法人水産総合研究センター, その他部局等, 研究員 (20612675)
Project Period (FY)	2014-04-01 – 2017-03-31
Keywords	ウイルス / ヘテロシグマ / 個体群 / 生理生態
Outline of Annual Research Achievements	ウイルスは、自己複製過程で宿主の生理機能を妨げ、多くの場合死滅させる一方で、ウイルスの種としての存続には宿主の存続が不可欠である。このような逆説的な関係にあるウイルスと宿主の共存はいかにして可能となるのか？本研究では、赤潮原因藻ヘテロシグマとそのウイルスをモデルとして、ウイルスの宿主感染過程の分子細胞レベルでの解析と、その結果に基づいた個体群感染過程の数理学的解析により、ウイルス・宿主共存機構の解明をめざす。自然環境中では、死滅型、非感染型、排除型、潜在型といった異なる感染型を持つヘテロシグマ株が個体群を形成し、ウイルスはその混合個体群に感染する。このような混合個体群が宿主・ウイルス共存に果たす役割を検証するために、各感染型宿主のウイルス感染過程の生理学的解析を行い、その情報に基づいて、混合個体群へのウイルス感染過程の数理モデルを構築を目指す。計画期間は3年間とし、ウイルスの宿主個体群感染過程と、ウイルス・宿主共存のメカニズムを生理生態学的解析と数理解析を組み合わせたアプローチを用いて解明することとした。本年は、異なる感染型を持つヘテロシグマ株ごとのHaV感染過程の細胞生理学的解析に加えて、研究に必要なHeterosigma akashiwo virusゲノムの全長配列決定とともに、異なる宿主を遺伝子配列で見分けるための遺伝子バーコード配列の取得を終了した。これまでに、Heterosigma akashiwo virus２系統(HaV01, HaV53)をもちいて解析を行ったところ、HaV53の感染進行は、HaV01よりも早く、また、より多くのウイルス粒子が宿主細胞に蓄積されることが明らかとなった。そこで、今後の研究にはHaV53を用いることとした。また、ウイルスゲノム全長解読を終了し、現在は遺伝子予測を行っている。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 当初は、ウイルス全長解読は計画せず、RNAseqによるウイルス遺伝子転写物解析を利用してウイルス感染過程の解析を行うことを計画していた。しかし、研究を進めるうちに、ウイルスゲノム全長を解読・遺伝子予測を終了し、その結果に基づき研究を行う方が効率的と判断した。そこで、ウイルスゲノム解読を優先したため、ウイルス感染過程の細胞生物学的解析が予定よりもやや遅れている。一方で、この情報をもとに、ウイルス遺伝子発現解析をマイクロアレイで行うことが可能になるため、低コストで解析が可能となる。そのため、ウイルス遺伝子発現をこれまでに計画していたよりも高い解像度で時系列解析を行うことが可能となる。
Strategy for Future Research Activity	今後は、まず、ウイルス遺伝子のアノテーションを終了するため、ウイルス感染した宿主のRNAseqを行い、ウイルス発現遺伝子の決定を終了する。同時に、ウイルス感染過程の細胞生物学的解析を進める。HaV53が異なる感染型をもつ宿主四系統に感染する過程を、ウイルス増殖率・一宿主細胞あたりが生産するウイルス粒子数（＝ウイルス感染率）・ウイルス遺伝子転写および増幅過程の解析を行う。これらの結果は、溶藻・潜在・非感染・排除株におけるウイルスの挙動に関する細胞生物学的情報を与える。次に、2種以上の株が混合された系におけるウイルス増殖と宿主構成の遷移を観察する。この『混合系』中の宿主構成の変動は、初年度に確立した遺伝子バーコード配列を増幅するamplicon seqにより推定する。また、現在進行中であるウイルス遺伝子発現配列決定の完了後に宿主内におけるウイルス遺伝子発現の時系列解析による感染過程のモニタリングを行う。単宿主株に対するウイルス感染過程をモニターした際のパラメターを用いて、2種類の宿主に対するウイルス感染過程の数理モデルを構築し、実際に感染実験によって得た結果と比較する。実験結果とモデリング結果が大幅に食い違う場合には、その食い違いの理由を推定し、モデル最適化を図り、次年度に備える。最終的には、４つの異なる宿主株がどのような割合で混合すれば、宿主とウイルスが長期間にわたって共存できるかを予測するモデルの構築を目指している。
Causes of Carryover	実験計画を変更したため、一年度目に行うはずであったウイルス感染過程の細胞生物学的解析の一部を次年度に延期した。そのために必要な試薬等の購入を見合わせたため。
Expenditure Plan for Carryover Budget	ウイルス感染過程の細胞生物学的解析実験に必要な試薬と消耗品類の購入に充当することを計画している。