多階層レベルのウイルス進化動態を解明する定量的研究

• 研究課題/領域番号: 19J12155
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 審査区分: 小区分43040:生物物理学関連
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 伊藤 悠介 九州大学, システム生命科学府, 特別研究員(DC2)
• 研究期間 (年度): 2019-04-25 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 2,300千円 (直接経費: 2,300千円); 2020年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円); 2019年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
• キーワード: ウイルス / 数理 / in slico / 多階層 / 進化 / 数理モデル / in slicoシミュレーション

研究開始時の研究の概要

分子-細胞-個体という多階層レベルでウイルス進化を定量的に理解し、臨床現場に還元できるような全く新しいウイルスダイナミクス研究を展開する。具体的には、分子-細胞-個体という多階層レベルの進化を再現するシミュレーターを開発する。また、ウイルス準種の進化動態を制御する理論(準種理論)の開発とその実験的検証を行うことを予定している。

研究実績の概要

申請者はこれまでに、分子-細胞-個体という多階層レベルでウイルス進化を実験科学と数理科学を用い て定量的に理解する研究課題を遂行してきた。生物物理学分野において、本研究課題は非常に重要視されてきた。 ここで今年度は新型コロナウイルス感染症流行(COVID-19)の影響もあり、申請者は COVID-19 関連研究にも取り組み国立感染研究所との共同研究に参画し、治 療薬に関する研究成果に貢献してきた。例えば、iScienceとFrontiers in Microbiologyより、共著論文が出版された。その他の研究 業績として、理論生物学分野のトップジャーナルである Journal of Theoretical Biology 誌からも共著論文を 1 報出版された。学会発表については、昨年より実施していた公益財団法人がん研究会との共同研究 で、本研究課題と類似の薬剤耐性下のがん進化に関する口頭発表を実施した。さらに COVID-19 に 関連して、国内でも N501Y や E484K が報告されているように、変異株出現などのウイルス進化を理解することは 重要であるという観点から、申請者は COVID-19 のウイルス進化に関わる研究も実施してきた。具体的には、変異 を獲得するウイルスは日々体内でどの程度賛成されるのか?を明らかにするという目的のもと、in slico 実験を 実施した。この結果、変異を 1 つ獲得したウイルスは日々産生されていることが示唆された。また、たとえ治療 薬投与下であっても、変異ウイルスが出現するという可能性も示唆された。今後もこのようなシミュレーション を用いて詳細を明らかにすることができれば、COVID-19 での変異ウイルス/薬剤耐性ウイルス出現のメカニズム に貢献できると期待される。最後に、本制度を通じた多くの研究成果が功を奏して、申請者は今年度 2021 年 3 月 に博士(理学)を取得することができた。そして、幸いにも民間研究所の研究職(常勤)に採用され、本研究課題に関連する研究事業にも従事していく予定である。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Potential Anti-COVID-19 Agents, Cepharanthine and Nelfinavir, and Their Usage for Combination Treatment (2021)
  • 著者名/発表者名: H. Ohashi, K. Watashi, W. Saso, K. Shionoya, et al.
  • 雑誌名: iScience 巻: 24 号: 4 ページ: 335-337
  • DOI: 10.1016/j.isci.2021.102367
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mefloquine, a Potent anti-Severe Acute Respiratory Syndrome- related Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) drug as an entry inhibitor in vitro (2021)
  • 著者名/発表者名: Kaho Shionoya, Masako Yamasaki, View ORCID ProfileShoya Iwanami, Yusuke Ito, Shuetsu Fukushi, Hirofumi Ohashi, Wakana Saso, Tomohiro Tanaka, Shin Aoki, Kouji Kuramochi, Shingo Iwami, Yoshimasa Takahashi, Tadaki Suzuki, Masamichi Muramatsu, Makoto Takeda, Takaji Wakita, Koichi Watashi
  • 雑誌名: Frontiers in Microbiology 巻: 1 ページ: 1-1
  • DOI: 10.3389/fmicb.2021.651403
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Quantifying antiviral effects against simian/human immunodeficiency virus induced by host immune response (2021)
  • 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
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modelling SARS-CoV-2 Dynamics: Implications for Therapy (2020)
  • 著者名/発表者名: Kwang Su Kim, Keisuke Ejima, Yusuke Ito, Shoya Iwanami, Hirofumi Ohashi, Yoshiki Koizumi, Yusuke Asai, Shinji Nakaoka, Koichi Watashi, Robin N. Thompson, and Shingo Iwami
  • 雑誌名: medRxiv 巻: 1 ページ: 1-1
  • DOI: 10.1101/2020.03.23.20040493
  • オープンアクセス
• [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 macaque (2019)
  • 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
  • 査読あり
• [学会発表] 薬剤耐性がん細胞株に対する ALK 阻害薬による薬効評価 (2020)
  • 著者名/発表者名: 伊藤悠介
  • 学会等名: 2020 年度日本数理生物学会
• [学会発表] C型肝炎ウイルス治療薬併剤時における薬剤間相互作用の推定 (2020)
  • 著者名/発表者名: 伊藤悠介
  • 学会等名: 第 16 回生物数学の理論とその応用 ー生命現象の定量的理解に向けてー
• [学会発表] rediction of antagonistic/synergistic effect considering the interaction between drugs in two/three drug-combination against Hepatitis C virus infection (2019)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Ito
  • 学会等名: 2019年度日本数理生物学会
• [学会発表] Number of infection events per cell during HIV-1 cell-free infection (2019)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Ito
  • 学会等名: 4th Workshop on Viral Dynamics
  • 国際学会
• [備考] 簡単に抗ウイルス治療薬の薬効を評価できるWebアプリケーションの開発
  • URL: https://yskito.shinyapps.io/Estimate_IC50_m_Japanese/
• [備考] 所属大学の公式ホームページ(九州大学 数理生物学研究室)
  • URL: http://bio-math10.biology.kyushu-u.ac.jp/member/second.html#ito
• [備考] 申請者の履歴書 (English)
  • URL: http://bio-math10.biology.kyushu-u.ac.jp/member/images/second/cv_YusukeIto.pdf#view=Fit