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大腸菌の実験室進化とエピゲノム状態の解析による表現型メモリー機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 17K15052
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 システムゲノム科学
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

堀之内 貴明  国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 研究員 (60610988)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2018年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2017年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
キーワード大腸菌 / 実験室進化 / オミクス解析 / エピゲノム / 薬剤耐性 / 核様体結合タンパク質 / エピゲノム制御 / オミックス解析
研究成果の概要

生物システムは一般に、厳しい環境条件下においても表現型と遺伝子型を柔軟に変化させ、環境に適応することが可能である。こうした適応進化過程において、ゲノム遺伝子配列の変化を伴わないエピジェネティクス機構が重要な役割を果たすことが示唆されている。本研究ではエピジェネティクス機構に関わると予想される遺伝子群(核様体結合タンパク質;NAPs)の破壊が適応進化過程にどのような影響が生じるのかを詳細に解析し、その分子基盤を明らかにすることを目的とした。結果として、NAPsの一つであるLrpの破壊は、薬剤耐性化に有効な遺伝子変異を獲得できなくなることにより、適応進化の方向性に影響を及ぼすことが示唆された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

適応進化過程の解明は進化生物学的な価値にとどまらず、生物進化を利用した応用研究にも大きな波及をもたらす。多剤耐性菌の出現が喫緊の課題となっている医学薬学分野においては、単に効果の大きい新薬の開発のみならず、耐性化そのものを抑制する方法が求められている。本研究の遂行は、その制御のための全く新たな手法の開発のための基盤となる知見をもたらす。

報告書

(3件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2019 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 1件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (11件) (うち招待講演 6件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] High-throughput identification of the sensitivities of an Escherichia coli ΔrecA mutant strain to various chemical compounds2019

    • 著者名/発表者名
      Maeda Tomoya、Horinouchi Takaaki、Sakata Natsue、Sakai Aki、Furusawa Chikara
    • 雑誌名

      The Journal of Antibiotics

      巻: - 号: 7 ページ: 1-8

    • DOI

      10.1038/s41429-019-0160-5

    • 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] Enhancement of K-strategy evolution in histidine utilization using a container with compartments2018

    • 著者名/発表者名
      Komori Takahiro、Shibai Atsushi、Saito Hiromi、Akeno Yuya、Germond Arno、Horinouchi Takaaki、Furusawa Chikara、Tsuru Saburo
    • 雑誌名

      Genes to Cells

      巻: 23 号: 10 ページ: 893-903

    • DOI

      10.1111/gtc.12640

    • 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] Raman spectral signature reflects transcriptomic features of antibiotic resistance in Escherichia coli2018

    • 著者名/発表者名
      A. Germond, T. Ichimura, T. Horinouchi, H. Fujita, C. Furusawa, T. M. Watanabe
    • 雑誌名

      Communications Biology

      巻: 1 号: 1 ページ: 85-85

    • DOI

      10.1038/s42003-018-0093-8

    • 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] Understanding and engineering alcohol-tolerant bacteria using OMICS technology2018

    • 著者名/発表者名
      Horinouchi Takaaki、Maeda Tomoya、Furusawa Chikara
    • 雑誌名

      World Journal of Microbiology and Biotechnology

      巻: 34 号: 11 ページ: 1-9

    • DOI

      10.1007/s11274-018-2542-4

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Toward prediction and control of antibiotic-resistance evolution2018

    • 著者名/発表者名
      Furusawa Chikara、Horinouchi Takaaki、Maeda Tomoya
    • 雑誌名

      Current Opinion in Biotechnology

      巻: 54 ページ: 45-49

    • DOI

      10.1016/j.copbio.2018.01.026

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Application of adaptive laboratory evolution to overcome a flux limitation in an Escherichia coli production strain2018

    • 著者名/発表者名
      Tokuyama Kento、Toya Yoshihiro、Horinouchi Takaaki、Furusawa Chikara、Matsuda Fumio、Shimizu Hiroshi
    • 雑誌名

      Biotechnology and Bioengineering

      巻: 115 号: 6 ページ: 1542-1551

    • DOI

      10.1002/bit.26568

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Prediction of Cross-resistance and Collateral Sensitivity by Gene Expression profiles and Genomic Mutations2017

    • 著者名/発表者名
      Horinouchi Takaaki、Suzuki Shingo、Kotani Hazuki、Tanabe Kumi、Sakata Natsue、Shimizu Hiroshi、Furusawa Chikara
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 7 号: 1 ページ: 1-11

    • DOI

      10.1038/s41598-017-14335-7

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Improvement of isopropanol tolerance of Escherichia coli using adaptive laboratory evolution and omics technologies2017

    • 著者名/発表者名
      Horinouchi Takaaki、Sakai Aki、Kotani Hazuki、Tanabe Kumi、Furusawa Chikara
    • 雑誌名

      Journal of Biotechnology

      巻: 255 ページ: 47-56

    • DOI

      10.1016/j.jbiotec.2017.06.408

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Time-programmable drug dosing allows the manipulation, suppression and reversal of antibiotic drug resistance in vitro2017

    • 著者名/発表者名
      Yoshida Mari、Reyes Sabrina Galinianes、Tsuda Soichiro、Horinouchi Takaaki、Furusawa Chikara、Cronin Leroy
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 8 号: 1 ページ: 1-11

    • DOI

      10.1038/ncomms15589

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 実験室進化による大腸菌の様々な環境への適応進化の解析とその応用2019

    • 著者名/発表者名
      堀之内貴明
    • 学会等名
      酒類総合研究所理研BDRセミナー
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 実験室進化による大腸菌の進化過程の理解とその利用2018

    • 著者名/発表者名
      堀之内貴明
    • 学会等名
      JST植物関係領域合同若手研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 大腸菌一遺伝子破壊株ライブラリの実験室進化による薬剤耐性化の解析2018

    • 著者名/発表者名
      堀之内貴明、 前田智也、 古澤力
    • 学会等名
      生命科学系フロンティアミーティング2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 大規模実験室進化を用いた転写因子の破壊による大腸菌の薬剤耐性化の制御2018

    • 著者名/発表者名
      堀之内貴明、 前田智也、 小谷葉月、 酒井亜希、 古澤力
    • 学会等名
      日本生物工学会第70回大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Biomek NXP を用いた全自動実験室進化による大腸菌の進化過程の解析とその応用2017

    • 著者名/発表者名
      堀之内貴明
    • 学会等名
      Biomek User Group Meeting Japan2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 実験室進化により得られたメチルグリオキサール耐性大腸菌のマルチオミクス解析2017

    • 著者名/発表者名
      堀之内貴明、 徳山健斗、 前田智也、 松田史生、 清水浩、 古澤力
    • 学会等名
      第11回メタボロームシンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 実験室進化・オミックス解析・破壊株スクリーニングに基づく表現型メモリー機構の理解への試み2017

    • 著者名/発表者名
      堀之内貴明、 前田智也、 古澤力
    • 学会等名
      生命情報科学若手の会第9回研究会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 超大規模実験室進化とオミックス解析による大腸菌のストレス耐性機構の解析2017

    • 著者名/発表者名
      堀之内貴明、 前田智也、 古澤力
    • 学会等名
      第69回生物工学会大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 実験室進化と網羅的アプローチに基づく大腸菌のイソプロパノール耐性の解析2017

    • 著者名/発表者名
      堀之内貴明、 酒井亜紀、 小谷葉月、 田辺久美、 古澤力
    • 学会等名
      2017年度生物工学若手研究者の集い夏のセミナー
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 大腸菌実験室進化とオミックス解析を用いて大腸菌の適応進化過程を解析する2017

    • 著者名/発表者名
      堀之内貴明、 前田智也、 古澤力
    • 学会等名
      NGS現場の会第五回研究会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 実験室進化による大腸菌の進化過程の解析とその応用2017

    • 著者名/発表者名
      堀之内貴明
    • 学会等名
      不老社会実現に向けた進化工学医療ワークショップ
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [図書] あなたのラボにAI(人工知能)×ロボットがやってくる2017

    • 著者名/発表者名
      古澤力、前田智也、堀之内貴明
    • 出版者
      羊土社
    • ISBN
      9784758122368
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [備考] Takaaki Horinouchi's web site

    • URL

      https://sites.google.com/site/takaakihorinouchi/home

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2017-04-28   更新日: 2020-03-30  

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