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細胞の生存 - 自然界における大腸菌の場合

研究課題

研究課題/領域番号 16H02485
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 システムゲノム科学
研究機関奈良先端科学技術大学院大学

研究代表者

森 浩禎  奈良先端科学技術大学院大学, データ駆動型サイエンス創造センター, 教授 (90182203)

研究分担者 山田 守  山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (30174741)
川野 光興  川崎医科大学, 医学部, 講師 (00455338)
松野 浩嗣  山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (10181744)
片岡 正和  信州大学, 学術研究院工学系, 准教授 (90332676)
牧 泰史  大阪医科大学, 医学部, 講師 (60401733)
田村 武幸  京都大学, 化学研究所, 准教授 (00437261)
大橋 菜摘 (斎藤菜摘)  鶴岡工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (50287546)
研究協力者 高坂 智之  
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
45,240千円 (直接経費: 34,800千円、間接経費: 10,440千円)
2018年度: 12,740千円 (直接経費: 9,800千円、間接経費: 2,940千円)
2017年度: 13,260千円 (直接経費: 10,200千円、間接経費: 3,060千円)
2016年度: 19,240千円 (直接経費: 14,800千円、間接経費: 4,440千円)
キーワード大腸菌 / 分子バーコード / population dynamics / 混合培養液 / 遺伝的相互作用 / CRISPRi / 必須遺伝子 / 網羅解析 / 混合培養 / 細胞生育 / モデル化 / シミュレーション / 網羅的 / ネットワーク / 分子バーコード欠失株 / population / deep sequencing / chemical genomics / 相互作用ネットワーク / 長期定常期 / 細胞死 / lag / システム生物学 / バーコード解析 / 細胞のモデル化 / 相互作用解析
研究成果の概要

長期定常状態、非致死濃度の抗生物質あるいは細胞毒性を持つ化学物質を含む培地中の個体数変動を、分子バーコード欠失株の混合培養での定量法を確立した。培養3週間の約4000遺伝子欠失株の個体数変動を定量し、予想以上の変動を確認した。細胞毒性を持つ抗生物質や化学物質を含む培地中での欠失株の変動解析により、遺伝子と各種薬剤との高効率な相互作用解析を可能にし、その細胞毒性の分子機構解明に対して非常に有効であることを実証した。さらに二重欠失株による非必須遺伝子の網羅的遺伝的相互作用解析及びCRISPRiによる必須遺伝子を含めた遺伝的相互作用解析を進めた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

全ての欠失株の混合培養による生育モニター手法の確立を行なった。この基盤技術は、これまでの大腸菌の研究の蓄積を活用し、さらに抗生物質や毒性を示す化合物と遺伝子欠失との相互作用解析が可能になったことで、薬剤や毒性物質の細胞内分子機構解明への新たな研究開発の展開を可能にした。

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (54件)

すべて 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (7件) 雑誌論文 (13件) (うち国際共著 7件、 査読あり 13件、 オープンアクセス 13件、 謝辞記載あり 6件) 学会発表 (30件) (うち国際学会 11件、 招待講演 8件) 図書 (1件) 備考 (1件) 学会・シンポジウム開催 (2件)

  • [国際共同研究] School of Engineering/University of California(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] The Novo Nordisk Foundation Center/Technical University of Denmark(デンマーク)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] Systems Microbiology/European Molecular Biology Laboratory(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] Institute of Agrobiotechnology(スペイン)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] Dept. Computer Science and Engineering/University of Minnesota(米国)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] Universidad de Santiago de Chile/University of Minnesota/Yumanity Therapeutics, Cambridge(Chile, USA)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [国際共同研究] National Cheng Kung University(Taiwan)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [雑誌論文] Grid-based computational methods for the design of constraint-based parsimonious chemical reaction networks to simulate metabolite production: GridProd2018

    • 著者名/発表者名
      Tamura Takeyuki
    • 雑誌名

      BMC Bioinformatics

      巻: 19 号: 1 ページ: 325-325

    • DOI

      10.1186/s12859-018-2352-6

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Update of thermotolerant genes essential for survival at a critical high temperature in Escherichia coli2018

    • 著者名/発表者名
      Murata, M. Ishii, A. Fujimoto, H. Nishimura, K. Kosaka, T. Mori, H. Yamada, M.
    • 雑誌名

      PLoS One

      巻: 13 号: 2 ページ: e0189487-e0189487

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0189487

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Extensive impact of non-antibiotic drugs on human gut bacteria2018

    • 著者名/発表者名
      Maier, L. Pruteanu, M. Kuhn, M. Zeller, G. Telzerow, A. Anderson, E. E. Brochado, A. R. Fernandez, K. C. Dose, H. Mori, H. Patil, K. R. Bork, P. Typas, A.
    • 雑誌名

      Nature

      巻: 555 号: 7698 ページ: 623-628

    • DOI

      10.1038/nature25979

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] A cAMP/CRP-controlled mechanism for the incorporation of extracellular ADP-glucose in Escherichia coli involving NupC and NupG nucleoside transporters2018

    • 著者名/発表者名
      Almagro, G. Viale, A. M. Montero, M. Munoz, F. J. Baroja-Fernandez, E. Mori, H. Pozueta-Romero, J.
    • 雑誌名

      Sci Rep

      巻: 8 号: 1 ページ: 15509-15509

    • DOI

      10.1038/s41598-018-33647-w

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Identification of YbhA as the pyridoxal 5ʹ-phosphate (PLP) phosphatase in <i>Escherichia coli</i>: Importance of PLP homeostasis on the bacterial growth2017

    • 著者名/発表者名
      Ryota Sugimoto, Natsumi Saito, Tomohiro Shimada and Kan Tanaka
    • 雑誌名

      The Journal of General and Applied Microbiology

      巻: 63 号: 6 ページ: 362-368

    • DOI

      10.2323/jgam.2017.02.008

    • NAID

      130006309091

    • ISSN
      0022-1260, 1349-8037
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Combinatorial selection for replicable RNA by Qβ replicase while maintaining encoded gene function2017

    • 著者名/発表者名
      Yumura, M., Yamamoto, N., Yokoyama, K., Mori, H., Yomo, T., Ichihashi, N.
    • 雑誌名

      Plos ONE

      巻: 12 号: 3 ページ: 1-14

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0174130

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Computing Minimum Reaction Modifications in a Boolean Metabolic Network2017

    • 著者名/発表者名
      Takeyuki Tamura, Wei Lu, Jiangning Song, Tatsuya Akutsu
    • 雑誌名

      IEEE/ACM Transactions on Computational Biology and Bioinformatics

      巻: na 号: 6 ページ: 1-1

    • DOI

      10.1109/tcbb.2017.2777456

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Accumulation of heme biosynthetic intermediates contributes to the antibacterial action of the metalloid tellurite2017

    • 著者名/発表者名
      E. H. Morales, C. A. Pinto, R. Luraschi, C. M. Munoz-Villagran, F. A. Cornejo, S. W. Simpkins, J. Nelson, F. A. Arenas, J. S. Piotrowski, C. L. Myers, H. Mori and C. C. Vasquez
    • 雑誌名

      Nat Commun

      巻: 8 号: 1 ページ: 15320-15320

    • DOI

      10.1038/ncomms15320

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書 2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Survival strategy of Escherichia coli in stationary phase: involvement of σE-dependent programmed cell death2017

    • 著者名/発表者名
      Tomoyuki Kosaka, Masayuki Murata, and Mamoru Yamada
    • 雑誌名

      INTECH

      巻: in press

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Synthetic Biomarker Design Using Analyte-Responsive Acetaminophen2017

    • 著者名/発表者名
      Nishihara, T. Inoue, J. Tabata, S. Murakami, S. Ishikawa, T. Saito, N. Fukuda, S. Tomita, M. Soga, T.
    • 雑誌名

      Chembiochem

      巻: in press 号: 10 ページ: 1-5

    • DOI

      10.1002/cbic.201700023

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Computing Minimum Reaction Modifications in a Boolean Metabolic Network2017

    • 著者名/発表者名
      Takeyuki Tamura Wei Lu Jiangning Song Tatsuya Akutsu
    • 雑誌名

      IEEE/ACM Transactions on Computational Biology and Bioinformatics

      巻: in press

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Finding and analyzing the minimum set of driver nodes in control of Boolean networks2016

    • 著者名/発表者名
      W. Hou, T. Tamura, W.-K. Ching and T. Akutsu
    • 雑誌名

      Advances in Complex Systems

      巻: 19 ページ: 1-32

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Dependent Shrink of Transitions for Calculating Firing Frequencies in Signaling Pathway Petri Net Model2016

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Mizuta, Ge, Qi-Wei, and Hiroshi Matsuno
    • 雑誌名

      Algorithms

      巻: 10 ページ: 1-4

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 大腸菌におけるSulA依存性溶菌に関与する遺伝子の解明、Elucidation of the genes responsible for SulA-dependent2019

    • 著者名/発表者名
      大田菜都子、大澤歩、高坂智之、山田守
    • 学会等名
      日本農芸化学会2019年度大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] シンポジウム「多次元速度論からの生物の理解」2018

    • 著者名/発表者名
      森 浩禎
    • 学会等名
      第91回日本生化学会大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 大域代謝モデルのペトリネット制御シミュレーションによるジオキシー現象解析. (シンポジウム:生物医学におけるトップダウンとボトムアップアプローチの共同)2018

    • 著者名/発表者名
      松野 浩嗣
    • 学会等名
      化学工学会第50回秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 有用物質を生産・増産する準最適な代謝流束均衡モデルのデザイン2018

    • 著者名/発表者名
      田村 武幸
    • 学会等名
      日本生物工学大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 有用化合物を生産・増産する代謝ネットワークを設計するアルゴリズム2018

    • 著者名/発表者名
      田村 武幸
    • 学会等名
      情報処理学会バイオ情報学研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] トキシン-アンチトキシン遺伝子を活用した多剤耐性菌の生育抑制法の開発2018

    • 著者名/発表者名
      川野 光興, 齊藤 峰輝
    • 学会等名
      第91回日本細菌学会総会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 大腸菌の複数の遺伝子発現を同時に制御できるアンチセンスRNA2018

    • 著者名/発表者名
      川野 光興, 齊藤 峰輝
    • 学会等名
      第12回日本ゲノム微生物学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] トキシン-アンチトキシン遺伝子を活用した多剤耐性菌の生育抑制法の開発2018

    • 著者名/発表者名
      川野 光興, 齊藤 峰輝
    • 学会等名
      第91回日本細菌学会総会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書
  • [学会発表] Simulation analysis of diauxic shift in Escherichia coli using a large scale metabolic network model2018

    • 著者名/発表者名
      Masashi Kubota, Koumei Arima, Ayaka Sugii, Manabu Sugii, Hiroshi Matsuno
    • 学会等名
      The 23rd International Technical Conference on Circuit/System, Compmuters and Communications
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Understanding the thermotolerant mechanisms in mesophilic bacteria: essential genes for survival at critical high temperature and physiological and genetical characteristics of thermo-adapted mutants from ethanologenic bacterium2018

    • 著者名/発表者名
      Tomoyuki Kosaka
    • 学会等名
      Final Joint Seminar of CCP
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Boolean modeling of metabolic networks: application to the phosphotransferase system2018

    • 著者名/発表者名
      Keita Kouyama, Hiroshi Matsuno, Adrien Faure
    • 学会等名
      The 23rd International Technical Conference on Circuit/System, Compmuters and Communications
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Identification and characterization of Escherichia coli small, noncoding RNAs2018

    • 著者名/発表者名
      Mitsuoki Kawano
    • 学会等名
      Seminar at University of Parma
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 大域的代謝モデルを用いた大腸菌ジオキシー現象のシミュレーション解析2018

    • 著者名/発表者名
      久保田 将, 有馬 孔明, 杉井 彩香, 杉井 学, 松野 浩嗣
    • 学会等名
      電子情報通信学会システム数理と応用研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] T4 ファージと大腸菌間の網羅的な相互作用解析2018

    • 著者名/発表者名
      近藤 恒平、合田 祐貴、森 浩禎
    • 学会等名
      ゲノム微生物学会年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 大腸菌の複数の遺伝子発現を同時に制御できるアンチセンスRNA2018

    • 著者名/発表者名
      齊藤 峰輝 川野 光興
    • 学会等名
      第12回日本ゲノム微生物学会年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 大腸菌の栄養環境変化と遺伝子の発現応答2018

    • 著者名/発表者名
      牧 泰史
    • 学会等名
      第12回日本ゲノム微生物学会年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 物質生産と農業利用に向けた環境微生物の機能解析.2017

    • 著者名/発表者名
      斎藤 菜摘, 佐々木 伸啓
    • 学会等名
      第27回日本MRS年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] アンチセンスRNAを用いたファージ療法の基盤技術開発2017

    • 著者名/発表者名
      川野 光興, 齊藤 峰輝
    • 学会等名
      第32回中国四国ウイルス研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 遺伝子組換えファージミドを用いたファージ療法に向けた基盤技術の開発2017

    • 著者名/発表者名
      川野 光興, 齊藤 峰輝
    • 学会等名
      第70回日本細菌学会中国四国支部総会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Evaluation for plant growth promoting activities of actinobacteria from Dadacha soybean rhizosphere2017

    • 著者名/発表者名
      佐々木 伸啓, 斎藤 菜摘
    • 学会等名
      日本農芸化学会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Population dynamics of Escherichia coli under antibiotic stress by Barcode analysis2017

    • 著者名/発表者名
      Saya Hasumi Nurhezreen Md Iqbal, Ai Muto, Hirotada Mori
    • 学会等名
      Northeastern University
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Population dynamics of Escherichia coli under antibiotic stress by Barcode analysis2017

    • 著者名/発表者名
      Hirotada Mori
    • 学会等名
      Northeastern University
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 大腸菌における栄養環境の変化と遺伝子発現応答2017

    • 著者名/発表者名
      牧 泰史
    • 学会等名
      第41回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] rRNA degradation in Escherichia coli under the starvation stress2017

    • 著者名/発表者名
      牧 泰史
    • 学会等名
      RNA2017 - The 22nd Annual Meeting of the RNA Society
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Global outlook on survival of Escherichia coli mutants during long-term stationary phase2017

    • 著者名/発表者名
      Saya Hasumi Nurhezreen Md Iqbal, Ai Muto, Hirotada Mori
    • 学会等名
      Microbe 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] マイナーな研究から:大腸菌のプログラム死と長期定常期2017

    • 著者名/発表者名
      山田 守
    • 学会等名
      日本農芸化学会中四国第47回講演会
    • 発表場所
      島根大学(島根県・松江市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 『微生物ゲノム情報から未知機能を探る』網羅解析から未知機能、未同定酵素探索. Challenges towards unveiling hidden functional modules in E. coli using new resources and methods.2016

    • 著者名/発表者名
      森 浩禎
    • 学会等名
      分子生物学会
    • 発表場所
      横浜パシフィコ(神奈川県・横浜市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Applications of comprehensive E.coli single-gene knockout mutants libraries: Keio collection and Aska deletion2016

    • 著者名/発表者名
      武藤 愛
    • 学会等名
      SYNBIOCHEM/MIB SynBio mini-Conference
    • 発表場所
      Manchester, UK.
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Computing Minimum Reaction Modification in a Boolean Metabolic Network2016

    • 著者名/発表者名
      Takeyuki Tamura
    • 学会等名
      2016 Biotech and Pharmaceutical Service Platform - Biological Network Analysis Conference
    • 発表場所
      新竹、台湾
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 生命システム原材料の起源と進化:現在の生化学反応に生命初期進化の痕跡は残っているか2016

    • 著者名/発表者名
      武藤 愛
    • 学会等名
      第89回日本生化学会大会
    • 発表場所
      東北大学(宮城県・仙台市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [図書] Escherichia coli - Recent Advances on Physiology, Pathogenesis and Biotechnological Applications2017

    • 著者名/発表者名
      T. Kosaka, M. Murata and M. Yamada
    • 総ページ数
      21
    • 出版者
      IntechOpen
    • ISBN
      9789535133308
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] GenoBase

    • URL

      http://ecoli.naist.jp

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2016 実績報告書
  • [学会・シンポジウム開催] annual Meeting of Systems and Synthetic Bacteriology2018

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会・シンポジウム開催] Systems Microbiology of E. coli2017

    • 発表場所
      淡路夢舞台(兵庫県・淡路市)
    • 年月日
      2017-03-15
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2022-10-07  

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