出芽酵母の人工進化系構築 ―生命の適応的機能創出をデザインする―

• 研究課題/領域番号: 15KT0147
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 特設分野
• 研究分野: 構成的システム生物学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 中岡 慎治 東京大学, 生産技術研究所, 派遣研究員 (30512040)
• 研究分担者: 川上 英良 国立研究開発法人理化学研究所, 科学技術ハブ推進本部, ユニットリーダー (30725338) ; 細田 一史 大阪大学, 未来戦略機構, 特任准教授(常勤) (30515565)
• 研究期間 (年度): 2015-07-10 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2017年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2016年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2015年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
• キーワード: 人工培養系 / 数理モデル / 進化のダイナミクス / 複合オミクス解析 / 人工共培養系

研究成果の概要

生命の進化の過程において、偶発的に新たな因子が加わることで新たな機能が創出される性質に関する理論的理解や実験による検証は、これからの課題である。本研究では、酵母と大腸菌の共培養条件において出芽酵母の変異促進を意図した構成的な人工進化生態系を構築を進めた。次世代シーケンシングによる網羅的変異同定・遺伝子発現定量、包括的細胞内反応モデルを利用したマルチスケール数理モデル化、共培養系における微生物個体群の数理モデル構築を行うことによって、偶発的に新たな因子が加わることで新たな機能が創出される性質について理解を進めた。

研究成果

• [雑誌論文] The CCR4-NOT deadenylase complex controls Atg7-dependent cell death and heart function (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi Tomokazu et al
  • 雑誌名: Science Signaling 巻: 11 号: 516 ページ: 3638-3638
  • DOI: 10.1126/scisignal.aan3638
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Dynamics of tumor immune escape via adaptive change (2018)
  • 著者名/発表者名: Naoki Nakada, Mizuho Nagata, Yueping Dong, Yasuhiro Takeuchi, and Shinji Nakaoka
  • 雑誌名: Nonlinear Theory and Its Applications 巻: E9-N
  • NAID: 130006602760
  • 査読あり
• [雑誌論文] A highly pathogenic simian/human immunodeficiency virus effectively produces infectious virions compared with a less pathogenic virus in cell culture (2017)
  • 著者名/発表者名: Iwanami S, Kakizoe Y, Morita S, Miura T, Nakaoka S, Iwami S
  • 雑誌名: Theor Biol Med Model 巻: 14 号: 1 ページ: 9-9
  • DOI: 10.1186/s12976-017-0055-8
  • NAID: 120006305768
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] HIV-1 competition experiments in humanized mice show that APOBEC3H imposes selective pressure and promotes virus adaptation. (2017)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Nakano, Naoko Misawa, Guillermo Juarez-Fernandez, Miyu Moriwaki, Shinji Nakaoka, Takaaki Funo, Eri Yamada, Andrew Soper, Rokusuke Yoshikawa, Diako Ebrahimi, Yuuya Tachiki, Shingo Iwami, Reuben S. Harris, Yoshio Koyanagi & Kei Sato
  • 雑誌名: PLOS Pathogens 巻: 13 号: 5 ページ: 31-31
  • DOI: 10.1371/journal.ppat.1006348
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Human-specific adaptations in Vpu conferring anti-tetherin activity are critical for efficient early HIV-1 replication in vivo. (2017)
  • 著者名/発表者名: Eri Yamada, Shinji Nakaoka, Lukas Klein, Elisabeth Reith, Simon Langer, Kristina Hopfensperger, Shingo Iwami, Gideon Schreiber, Frank Kirchhoff, Yoshio Koyanagi, Daniel Sauter & Kei Sato
  • 雑誌名: Cell Host & Microbe 巻: 23 号: 1 ページ: 110-120
  • DOI: 10.1016/j.chom.2017.12.009
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Leading role of TBP in the Establishment of Complexity in Eukaryotic Transcription Initiation Systems (2017)
  • 著者名/発表者名: Kawakami Eiryo、Adachi Naruhiko、Senda Toshiya、Horikoshi Masami
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 21 号: 13 ページ: 3941-3956
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2017.12.034
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Weighted enrichment method for prediction of transcription regulators from transcriptome and global chromatin immunoprecipitation data (2016)
  • 著者名/発表者名: Eiryo Kawakami, Shinji Nakaoka, Tazro Ohta and Hiroaki Kitano
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 印刷中 号: 11 ページ: 5010-5021
  • DOI: 10.1093/nar/gkw355
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Dynamics of epidermis: A mathematical model (2016)
  • 著者名/発表者名: Shinji Nakaoka, Sota Kuwahara, Chang Hyeong Lee, Hyejin Jeon, Junho Lee, Yasuhiro Takeuchi, Yangjin Kim
  • 雑誌名: Applied Science 巻: 6 号: 9 ページ: 252-252
  • DOI: 10.3390/app6090252
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Network analyses based on comprehensive molecular interaction maps reveal robust control structures in yeast stress response pathways (2016)
  • 著者名/発表者名: Eiryo Kawakami, Vivek K Singh, Kazuko Matsubara, Takashi Ishii, Yukiko Matsuoka, Takeshi Hase,Priya Kulkarni, Kenaz Siddiqui, Janhavi Kodilkar, Nitisha Danve, Indhupriya Subramanian, Manami Katoh, Yuki Shimizu-Yoshida, Samik Ghosh, Abhay Jere & Hiroaki Kitano
  • 雑誌名: npj Systems Biology and Applications 巻: 2 号: 1 ページ: 15018-15018
  • DOI: 10.1038/npjsba.2015.18
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Population-reaction model and microbial experimental ecosystems for understanding hierarchical dynamics of ecosystems (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazufumi Hosoda, Soichiro Tsuda, Kohmei Kadowaki, Yutaka Nakamura, Tadashi Nakano, Kojiro Ishii
  • 雑誌名: Biosystems 巻: 140 ページ: 28-34
  • DOI: 10.1016/j.biosystems.2015.12.005
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Mathematical and informatics analysis of community composition change of the gut microbiota (2018)
  • 著者名/発表者名: Shinji Nakaoka
  • 学会等名: 2018 INTERNATIONAL WORKSHOP ON MATHEMATICAL BIOLOGY
  • 国際学会
• [学会発表] Detection of responding factors to external perturbation in a microbial community (2017)
  • 著者名/発表者名: Shinji Nakaoka
  • 学会等名: Proceedings of International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications
  • 国際学会
• [学会発表] Data mining of metabolic interactions in a gut microbial community induced by viral infection (2017)
  • 著者名/発表者名: Shinji Nakaoka, Kei Sato (佐藤佳)
  • 学会等名: SMB 2017 Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 医学生物学研究におけるデータ駆動型アプローチ (2017)
  • 著者名/発表者名: 川上英良
  • 学会等名: 第9回数理デザイン道場（CREST生命動態）
  • 招待講演
• [学会発表] ウイルス・細菌感染における宿主転写制御 (2017)
  • 著者名/発表者名: 川上英良
  • 学会等名: 第90回 日本細菌学会総会
  • 発表場所: 仙台国際センター
  • 招待講演
• [学会発表] ウイルス感染時における常在細菌叢との宿主免疫応系の代謝相互作用に関するデータマイニング (2017)
  • 著者名/発表者名: 中岡慎治,佐藤佳
  • 学会等名: 第90回日本細菌学会総会
  • 発表場所: 仙台国際センター
  • 招待講演
• [学会発表] Exploration of combinatorial emergence in coupled boolean network systems (2016)
  • 著者名/発表者名: Shinji Nakaoka
  • 学会等名: The 22nd International Conference on Difference Equations and Applications
  • 発表場所: 大阪, 日本
  • 年月日: 2016-07-24
  • 国際学会
• [学会発表] 複数の微生物を混ぜると現実の多対多を教えてくれる (2016)
  • 著者名/発表者名: 細田一史
  • 学会等名: 第８９回日本細菌学会総会
  • 発表場所: 大阪国際交流センター
  • 年月日: 2016-03-23
  • 招待講演
• [学会発表] 細菌感染を軸としたマルチスケールシミュレーション (2016)
  • 著者名/発表者名: 中岡慎治
  • 学会等名: 第８９回日本細菌学会総会
  • 発表場所: 大阪国際交流センター
  • 年月日: 2016-03-23
  • 招待講演
• [学会発表] 階層間フィードバックを考慮した生命系マルチスケール数理モデル研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 中岡慎治
  • 学会等名: 非線形現象の数値シミュレーションと解析
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2016-03-08
  • 招待講演
• [学会発表] 複合体が生み出すシグナル伝達確率的ダイナミクスの制御機構 (2016)
  • 著者名/発表者名: 川上英良, 古関恵太, 中岡慎治
  • 学会等名: 第39回 日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 招待講演
• [学会発表] 生物ネットワークに潜む情報を探る：タンパク質相互作用ネットワークに基づくシグナル伝達パスウェイ網羅的再構成 (2016)
  • 著者名/発表者名: 川上英良
  • 学会等名: 日本生化学会大会
  • 発表場所: 仙台国際センター
  • 招待講演
• [学会発表] 公共ChIPデータを活用した遺伝子制御ネットワーク構築と転写因子予測 (2016)
  • 著者名/発表者名: 川上英良
  • 学会等名: トーゴーの日シンポジウム2016
  • 発表場所: 東京大学
  • 招待講演
• [学会発表] 遺伝子発現から転写制御因子を予測する確率的Gene Set Enrichment解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 川上英良、中岡慎治、北野宏明
  • 学会等名: BMB2015 (第38回日本分子生物学会年会、第88回日本生化学会大会 合同大会）
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド
  • 年月日: 2015-12-04
  • 招待講演
• [学会発表] Synthetic ecosystems (2015)
  • 著者名/発表者名: 細田一史
  • 学会等名: 「細胞を創る」研究会 8.0
  • 発表場所: 大阪大学吹田キャンパス 銀杏会館
  • 年月日: 2015-11-13
  • 招待講演
• [学会発表] 人工生態系に関連した理論の発展 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中岡慎治
  • 学会等名: 「細胞を創る」研究会 8.0
  • 発表場所: 大阪大学吹田キャンパス 銀杏会館
  • 年月日: 2015-11-13
  • 招待講演
• [学会発表] Impaired balance between antagonistic transcriptional modules during the progression of inflammatory skin disease (2015)
  • 著者名/発表者名: Eiryo Kawakami, Hisahiro Yoshida, Takuwa Yasuda, Shinji Nakaoka, Hiroaki Kitano
  • 学会等名: Functional Genomics and Systems Biology: From Model Organisms to Human Health
  • 発表場所: Welcome Trust Sanger Institute
  • 年月日: 2015-10-29
  • 国際学会
• [学会発表] Micro-ecomics を支える数理 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中岡慎治
  • 学会等名: 第30回微生物生態学会
  • 発表場所: 土浦市役所 亀城プラザ
  • 年月日: 2015-10-20
  • 招待講演
• [図書] 実験医学増刊 (2017)
  • 著者名/発表者名: 川上英良、大田達郎
  • 総ページ数: 8
  • 出版者: 羊土社