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遺伝子配列に刻まれた宿主と病原体の攻防を読み解くビックデータ生態学の創成

研究課題

研究課題/領域番号 16H04845
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 生態・環境
研究機関名古屋大学 (2020, 2022)
九州大学 (2016-2019)

研究代表者

岩見 真吾  名古屋大学, 理学研究科, 教授 (90518119)

研究分担者 立木 佑弥  東京都立大学, 理学研究科, 助教 (40741799)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2020年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2019年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2018年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2017年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2016年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
キーワード数理モデル / シミュレーション / データ解析 / 進化シミュレーション / 数理モデリング / 配列進化シミュレータ / 配列データ / 数理モデル型アプローチ / 進化シミュレータ / 定量的データ解析 / ウイルス進化 / コンピュータシミュレーション / バイオインフォマティクス / ハイブリッド力学系 / インフルエンザ / 遺伝子配列 / 進化動態 / ビックデータ
研究成果の概要

ハイブリッド力学系により記述された数理モデルおよびその理論(理論生態学)とビッグデータに値する情報として蓄積しつつある病原体の遺伝子配列情報(感染症疫学)を、データ同化の手法(計算機科学)により融合させる事で感染症の流行を予測する研究を実施した。開発したハイブリッド力学系による数理モデルとコンピュータシミュレーションを用いて、現代まで蓄積されている季節性A型インフルエンザの遺伝子配列データを解析した。生態学で歴史的に用いられる個体群動態の理論とデータ同化の手法を相補的に融合させる事で、データの再現性と将来予測の双方にブレークスルーを起こす可能性が示唆された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

課題実施期間中に、COVID-19が出現したことを受け、開発したアプローチを発展させて、SARS-CoV-2の進化動態を予測する進化シミュレータの開発にも着手した。早期の流行予測により、医療体制の整備、個人保護具・抗ウイルス薬の最適分配、被害規模の推定等が可能になれば、感染症対策を大きく改善する事に貢献できる。

報告書

(6件)
  • 2022 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (50件)

すべて 2021 2020 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (18件) 雑誌論文 (22件) (うち国際共著 14件、 査読あり 22件、 オープンアクセス 14件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 9件、 招待講演 7件)

  • [国際共同研究] オックスフォード大学(英国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] ロスアラモス国立研究所(米国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] ニューサウスウェールズ大学(オーストリア)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] INSERM(フランス)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] Oxford University/Imperial College of London(英国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] UNSW(オーストラリア)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] Pusan University(韓国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] Los Alamos National Laboratory/Indiana University/Stanford University(米国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] INSERM(フランス)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] UNSW(オーストラリア)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] ICL(英国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] INSERM(フランス)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] UNSW(オーストラリア)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] ICL(英国)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] ロスアラモス国立研究所(米国)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [国際共同研究] INSERM(フランス)

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      2016 実績報告書
  • [国際共同研究] ライルソン大学(カナダ)

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      2016 実績報告書
  • [国際共同研究] ニューサウスウェールズ大学(オーストラリア)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [雑誌論文] Quantifying antiviral effects against simian/human immunodeficiency virus induced by host immune response2021

    • 著者名/発表者名
      T. Oda, K.S. Kim, Y. Fujita, Y. Ito, T. Miura, S. Iwami.
    • 雑誌名

      Journal of Theoretical Biology

      巻: 509 ページ: 110493-110493

    • DOI

      10.1016/j.jtbi.2020.110493

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Required concentration index quantifies effective drug combinations against hepatitis C virus infection2021

    • 著者名/発表者名
      Kakizoe Yusuke、Koizumi Yoshiki、Ikoma Yukino、Ohashi Hirofumi、Wakita Takaji、Iwami Shingo、Watashi Koichi
    • 雑誌名

      Theoretical Biology and Medical Modelling

      巻: 18 号: 1 ページ: 4-4

    • DOI

      10.1186/s12976-020-00135-6

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A quantitative model used to compare within-host SARS-CoV-2, MERS-CoV and SARS-CoV dynamics provides insights into the pathogenesis and treatment of SARS-CoV-22021

    • 著者名/発表者名
      K.S. Kim, K. Ejima, S. Iwanami, Y. Fujita, H. Ohashi, Y. Koizumi, Y. Asai, S. Nakaoka, K. Watashi, K. Aihara, R.N. Thompson, R. Ke, A.S. Perelson and S. Iwami.
    • 雑誌名

      PLOS Biology

      巻: 19 号: 3 ページ: 3001128-3001128

    • DOI

      10.1371/journal.pbio.3001128

    • 関連する報告書
      2020 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] Quantifying the antiviral effect of APOBEC3 on HIV-1 infection in humanized mouse model2020

    • 著者名/発表者名
      Tatsuya Kurusu, Kwang Su Kim, Yoshiki Koizumi, Shinji Nakaoka, Keisuke Ejima, Naoko Misawa, Yoshio Koyanagi, Kei Sato, Shingo Iwami
    • 雑誌名

      Journal of Theoretical Biology

      巻: 498 ページ: 110295-110295

    • DOI

      10.1016/j.jtbi.2020.110295

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Should a viral genome stay in the host cell or leave? A quantitative dynamics study of how hepatitis C virus deals with this dilemma2020

    • 著者名/発表者名
      S. Iwanami, K. Kitagawa, H. Ohashi, Y. Asai, K. Shionoya, W. Saso, K. Nishioka, H. Inaba, S. Nakaoka, T. Wakita, O. Diekmann, S. Iwami and K. Watashi
    • 雑誌名

      PLoS Biology

      巻: 18(7) 号: 7 ページ: 3000562-3000562

    • DOI

      10.1371/journal.pbio.3000562

    • NAID

      120006872724

    • 関連する報告書
      2020 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] Modeling the efficiency of filovirus entry into cells in vitro: Effects of SNP mutations in the receptor molecule2020

    • 著者名/発表者名
      K.S. Kim, T. Kondoh, Y. Asai, A. Takada, S. Iwami.
    • 雑誌名

      PLOS Computational Biology

      巻: 16 号: 9 ページ: e1007612-e1007612

    • DOI

      10.1371/journal.pcbi.1007612

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] T. Honda. Modeling Borna disease virus in vitro spread reveals the mode of antiviral effect conferred by an endogenous bornavirus-like element2020

    • 著者名/発表者名
      K.S. Kim, Y. Yamamoto, S. Nakaoka, K. Tomonaga, S. Iwami,
    • 雑誌名

      Journal of Virology

      巻: - 号: 21

    • DOI

      10.1128/jvi.01204-20

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] The machinery for endocytosis of epidermal growth factor receptor coordinates the transport of incoming hepatitis B virus to the endosomal network.2020

    • 著者名/発表者名
      Iwamoto M, Saso W, Nishioka K, Ohashi H, Sugiyama R, Ryo A, Ohki M, Yun JH, Park SY, Ohshima T, Suzuki R, Aizaki H, Muramatsu M, Matano T, Iwami S, Sureau C, Wakita T, Watashi K
    • 雑誌名

      J Biol Chem

      巻: 295 号: 3 ページ: 800-807

    • DOI

      10.1074/jbc.ac119.010366

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Revealing uninfected and infected target cell dynamics from peripheral blood data in highly and less pathogenic simian/human immunodeficiency virus infected Rhesus macaque2019

    • 著者名/発表者名
      A. Hara, S. Iwanami, Y. Ito, T. Miura, S. Nakaoka and S. Iwami
    • 雑誌名

      Journal of Theoretical Biology

      巻: 479 ページ: 29-36

    • DOI

      10.1016/j.jtbi.2019.07.005

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Epidermal growth factor receptor is a host entry cofactor triggering hepatitis B virus internalization2019

    • 著者名/発表者名
      M. Iwamoto, W. Saso, R. Sugiyama, K. Ishii, M. Ohki, S. Nagamori, R. Suzuki, H. Aizaki, A. Ryo, J-H Yun, S-Y Park, N. Ohtani, M. Muramatsu, S. Iwami, Y. Tanaka, C. Sureau, T. Wakita and K. Watashi
    • 雑誌名

      Proc. Natl. Acad. Sci. USA

      巻: 116 号: 17 ページ: 8487-8492

    • DOI

      10.1073/pnas.1811064116

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Mathematical analysis of a transformed ODE from a PDE multiscale model of hepatitis C virus infection2019

    • 著者名/発表者名
      Kitagawa K., Kuniya T., Nakaoka S., Asai Y., Watashi K. and Iwami S.
    • 雑誌名

      Bulletin of Mathematical Biology

      巻: 81(5) 号: 5 ページ: 1427-1441

    • DOI

      10.1007/s11538-018-00564-y

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Quantitative immunology by data analysis using mathematical models2019

    • 著者名/発表者名
      S. Iwanami and S. Iwami
    • 雑誌名

      Encyclopedia of Bioinformatics and Computational Biology

      巻: 2 ページ: 984-992

    • DOI

      10.1016/b978-0-12-809633-8.20250-1

    • ISBN
      9780128114322
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamics of HIV-1 coinfection in different susceptible target cell populations during cell-free infection2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Ito, A. Tauzin, A. Remion, K. Ejima, F. Mammano and S. Iwami
    • 雑誌名

      Journal of Theoretical Biology

      巻: 455 ページ: 39-46

    • DOI

      10.1016/j.jtbi.2018.06.025

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A PDE multiscale model of hepatitis C virus infection can be transformed to a system of ODEs2018

    • 著者名/発表者名
      K. Kitagawa, S. Nakaoka, Y. Asai, K. Watashi, S. Iwami
    • 雑誌名

      Journal of Theoretical Biology

      巻: 48 ページ: 80-85

    • DOI

      10.1016/j.jtbi.2018.04.006

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 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] Malaria incidences in South Africa linked to a climate mode in southwestern Indian Ocean2018

    • 著者名/発表者名
      SK. Behera, Y. Morioka, T. Ikeda, T. Doi, JV. Ratnam, M. Nonaka, A. Tsuzuki, C. Imai, Y. Kim, M. Hashizume, S. Iwami, P. Kruger, R. Maharaj, N. Sweijd and N. Minakawa
    • 雑誌名

      Environmental Development

      巻: 27 ページ: 47-57

    • DOI

      10.1016/j.envdev.2018.07.002

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Sporadic on/off switching of HTLV-1 Tax expression is crucial to maintain the whole population of virus-induced leukemic cells.2018

    • 著者名/発表者名
      Mahgoub M, Yasunaga JI, Iwami S, Nakaoka S, Koizumi Y, Shimura K, Matsuoka M.
    • 雑誌名

      Proc Natl Acad Sci U S A

      巻: 115 号: 6 ページ: 529-538

    • DOI

      10.1073/pnas.1715724115

    • NAID

      120006697286

    • 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
  • [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

    • 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
  • [雑誌論文] Number of infection events per cell during HIV-1 cell-free infection2017

    • 著者名/発表者名
      Ito Y, Remion A, Tauzin A, Ejima K, Nakaoka S, Iwasa Y, Iwami S, Mammano F
    • 雑誌名

      Sci Rep

      巻: 7 号: 1 ページ: 6559-6559

    • DOI

      10.1038/s41598-017-03954-9

    • 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
  • [雑誌論文] Reply to Padmanabhan and Dixit: Hepatitis C virus entry inhibitors for optimally boosting direct-acting antiviral-based treatments.2017

    • 著者名/発表者名
      Ohashi HK, Koizumi Y, Fukano K, Wakita T, Perelson AS, Iwami S, Watashi K
    • 雑誌名

      Proc Acad Natl Acad USA

      巻: 114 号: 23

    • DOI

      10.1073/pnas.1705234114

    • 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
  • [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

    • 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
  • [雑誌論文] A highly pathogenic simian/human immunodeficiency virus effectively produces infectious virions compared with a less pathogenic virus in cell culture2017

    • 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

    • 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
  • [雑誌論文] A heart-brain-kidney network controls adaptation to cardiac stress through tissue macrophage activation and cellular communication2017

    • 著者名/発表者名
      Fujiu K, Shibata M, Nakayama Y, Ogata F, Matsumoto S, Noshita K, Iwami S, Nakae S, Komuro I, Nagai R, Manabe I
    • 雑誌名

      Nature Medicine

      巻: 印刷中 号: 5 ページ: 611-622

    • DOI

      10.1038/nm.4326

    • 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] How IFN-α changes cccDNA decay rate in HBV infection2019

    • 著者名/発表者名
      Shingo Iwami
    • 学会等名
      The 4th Workshop on Virus Dynamics in Paris
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Mathematical modeling and quantifying virus dynamics in cell culture2019

    • 著者名/発表者名
      Shingo Iwami
    • 学会等名
      ICIAM 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 1造血幹細胞移植実験の数理モデル型定量的データ解析アプローチ2019

    • 著者名/発表者名
      岩見真吾
    • 学会等名
      日本生化学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Quantifying antiviral activity optimizes drug combinations against hepatitis C virus infection2018

    • 著者名/発表者名
      Shingo Iwami
    • 学会等名
      ECMTB2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] PKPDVD modeling for multi-drug treatment on HCV infection2018

    • 著者名/発表者名
      Shingo Iwami
    • 学会等名
      KSIAM2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Characterizing SHIV infection in vitro and in vivo2018

    • 著者名/発表者名
      Shingo Iwami
    • 学会等名
      SMB&JSMB2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Modeling virus infection in cell culture2018

    • 著者名/発表者名
      Shingo Iwami
    • 学会等名
      Simons Semester on Mathematical Biology in Warsaw, Epi-workshop
    • 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] Quantification of virus infection in cell culture2017

    • 著者名/発表者名
      Shingo Iwami
    • 学会等名
      A3-NIMS joint workshop on mathematical biology
    • 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] Quantifying antiviral activity optimizes drug combinations against HCV infection2017

    • 著者名/発表者名
      Shingo Iwami
    • 学会等名
      The 18th RIES-HOKUDAI international symposium
    • 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] HCV entry inhibitors for optimally boosting direct-acting antiviral-based treatments2017

    • 著者名/発表者名
      Shingo Iwami
    • 学会等名
      Innovative Mathematical Modeling for the Analysis of Infectious Disease Data
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2024-01-30  

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