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2015 Fiscal Year Research-status Report

極限貧栄養環境下で増殖する細胞の創出

Research Project

Project/Area Number 26506003
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

イン ベイウェン  筑波大学, 生命環境系, 准教授 (90422401)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2017-03-31
Keywords飢餓 / 実験進化 / 増殖
Outline of Annual Research Achievements

本研究は、実験進化により、富栄養条件下のみ増える既知細胞から極少栄養環境下でも増殖する細胞の創出を試みる。速い増殖から資源の効率的利用への機能変化のプロセス(適応進化)を解析することにより、僅かな栄養資源を巧みに使う極限環境微生物の生存機構の解明を目的とした。、そこで、我々は厳しい自然界で生きる微生物の生存戦略を注目し、実験室内で、栄養源の枯渇と緩和を繰り返す自然環境を疑似し、大腸菌に対する自然選択を行った。これまでの結果として、大腸菌細胞が飢餓に強い耐性の獲得と引き換えに、富栄養下での適応度が下がることが明らかとなった。そして、その増殖速度の低下が翻訳マシンナリーであるリボソームの失活に相関することも分かった。必須なリボソームタンパク質が失われることにより、環境中の僅かな栄養成分の効率的利用が実現されたのではと考えられ、環境微生物の省エネ的な生き残り戦略がうかがえる。ここまでの成果に関しては学会や論文で公表した。次に、複数系列の進化実験をすべて調べた結果、系列ごとに適応の仕組みが異なっているようであった。そのため、進化実験に獲得されたすべての大腸菌集団に対して、ゲノムリシーケンスを行うことにした。これは、当初の計画外の内容であるため、外部協力を得て、実施することができた。現在、遅い増殖を示す進化型の大腸菌がどのようなゲノム進化を経て、極小栄養環境下でも生存できるようになったのかを解明している。最終的に、極貧環境下での微生物の生存戦略およびその普遍性を明らかにする。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

実験進化の結果、大腸菌は、増殖能を落として、栄養成分の効率的利用を実現し、極めて低い濃度の栄養下でも生存できようになった。この現象を進化生態学的、分子生物学的に解明するため、ゲノム配列を解読することにした。当初の計画に含まれていない内容であるため、H27年度ゲノム支援プログラムに申請した。課題が採択され、全進化過程に対するゲノム変異解析が可能となった。そこで、九州大学の林哲也教授と大阪大学の松田秀雄教授の研究グループらの協力により、現在ゲノムリシーケンス及びゲノム変異解析が進められた。以上、当初の研究成果を公表したうえで、計画以上にゲノム解列解析が可能となったため、計画以上の成果が期待できる。

Strategy for Future Research Activity

進化前後の性質(ゲノム配列、遺伝子発現、適応度など)を解析し、適応進化に関わる既存理論の検証または新規メカニズムの提案を目指す。具体的には、この進化実験で獲得されたすべての大腸菌集団に対して、ゲノムリシーケンスを行い、スローライフを営むようになった大腸菌がどのような遺伝子型によって決められているのか、極小栄養環境下で生存戦略の普遍性を明らかにする。以上により、生命の持続性や環境微生物生態の理解に有益なヒントを与える。また、表現型の変化(つまり、遅い増殖)がゲノム変異による分子機構(つまり、翻訳機構)の最適化原理を調べ、分子生物学的にも関連付けることを目標とする。

  • Research Products

    (10 results)

All 2016 2015

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 5 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] The Escherichia coli transcriptome linked to growth fitness2016

    • Author(s)
      BW Ying, K Yama, K Kitahara, T Yomo
    • Journal Title

      Genomics Data

      Volume: 7 Pages: -

    • DOI

      10.1016/j.gdata.2015.11.011

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Functional specialization in regulation and quality control in thermal adaptive evolution2015

    • Author(s)
      K Yama, Y Matsumoto, Y Murakami, S Seno, H Matsuda, K Gotoh, D Motooka, S Nakamura, BW Ying, T Yomo
    • Journal Title

      Genes Cells

      Volume: 20 Pages: 943-955

    • DOI

      10.1111/gtc.12298

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Bacterial transcriptome reorganization in thermal adaptive evolution2015

    • Author(s)
      BW Ying, Y Matsumoto, K Kitahara, S Suzuki, N Ono, C Furusawa, T Kishimoto, T Yomo
    • Journal Title

      BMC Genomics

      Volume: 16 Pages: -

    • DOI

      10.1186/s12864-015-1999-x

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Evolutionary consequence of a trade-off between growth and maintenance along with ribosomal damages2015

    • Author(s)
      BW Ying, T Honda, S Tsuru, S Seno, H Matsuda, Y Kazuta, T Yomo
    • Journal Title

      PLoS One

      Volume: 10 Pages: -

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0135639

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Molecular clock of neutral mutations in a fitness-increasing evolutionary process2015

    • Author(s)
      T Kishimoto, BW Ying, S Tsuru, L Iijima, S Suzuki, T Hashimoto, A Oyake, H Kobayashi, Y Someya, D Narisawa, T Yomo
    • Journal Title

      PLoS Genet

      Volume: 11 Pages: -

    • DOI

      10.1371/journal.pgen.1005392

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Connecting bacterial growth with genome and transcriptome2016

    • Author(s)
      BW Ying
    • Organizer
      International Workshop on Synthetic Biology and Systems Biology of Microbes
    • Place of Presentation
      奈良先端技術大学院大学(奈良県生駒市)
    • Year and Date
      2016-03-17 – 2016-03-18
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] An evolutionary trade-off between growth and sustainability accompanied by ribosomal damages2016

    • Author(s)
      BW Ying, T Honda, S Tsuru, S Seno, H Matsuda, Y Kazuta, T Yomo
    • Organizer
      日本ゲノム微生物学会第10回大会
    • Place of Presentation
      東京工業大学(東京都目黒区)
    • Year and Date
      2016-03-04 – 2016-03-05
  • [Presentation] 大腸菌広域欠失株の増殖に対する数理的評価2016

    • Author(s)
      黒川真臣、瀬尾茂人、松田秀雄、イン ベイウェン
    • Organizer
      日本ゲノム微生物学会第10回大会
    • Place of Presentation
      東京工業大学(東京都目黒区)
    • Year and Date
      2016-03-04 – 2016-03-05
  • [Presentation] Survival strategies learned from bacterial cells in laboratory2015

    • Author(s)
      BW Ying
    • Organizer
      2015 JSBi SIG Bio-Systems Theory Workshop
    • Place of Presentation
      東京医科歯科大学(東京都文京区)
    • Year and Date
      2015-11-27 – 2015-11-27
    • Invited
  • [Presentation] 実験進化による極少栄養下で生きる大腸菌の創出2015

    • Author(s)
      イン ベイウェン、本田朋也、四方哲也
    • Organizer
      日本宇宙生物科学会第29回大会
    • Place of Presentation
      帝京大学(東京都板橋区)
    • Year and Date
      2015-09-26 – 2015-09-27

URL: 

Published: 2017-01-06  

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