ラボオートメーションを活用した大腸菌人工進化実験による適応進化ダイナミクスの解析

• 研究課題/領域番号: 23680030
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 生体生命情報学
• 研究機関: 独立行政法人理化学研究所 (2012-2013); 大阪大学 (2011)
• 研究代表者: 古澤 力 独立行政法人理化学研究所, 生命システム研究センター, チーリーダー (00372631)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 27,040千円 (直接経費: 20,800千円、間接経費: 6,240千円); 2013年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2012年度: 17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円); 2011年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
• キーワード: 進化 / 大腸菌 / オートメーション / トランスクリプトーム / ゲノム / 進化実験 / ラボオートメーション / ストレス耐性 / 微生物 / 生体生命情報学 / マイクロアレイ / 次世代シーケンサ

研究概要

本研究は、進化過程における微生物の表現型・遺伝子型の変化を高精度に解析することにより、適応進化のダイナミクスを担うメカニズムの根源に迫ることを目的としている。まず系統的な進化実験を行うために、ラボオートメーションを用いた自動培養システムの構築を行い、数百系列の培養を対数増殖期を保つように植え継ぐことに成功した。そのシステムを用いて、様々なストレス添加条件下での進化実験を行い、その過程における遺伝子発現量の変化とゲノムへの変異固定を網羅的に定量した。これらのデータを統合することにより、一部の適応的な表現型の変化はゲノムの変異によって説明できないことが示唆された。

研究成果

• [雑誌論文] Increased 3-hydroxypropionic acid production from glycerol, by modification of central metabolism in Escherichia coli (2014)
  • 著者名/発表者名: Kento Tokuyama, Satoshi Ohno, Katsunori Yoshikawa, Takashi Hirasawa, Shotaro Tanaka, Chikara Furusawa and Hiroshi Shimizu
  • 雑誌名: Microbial Cell Factories 巻: 13 号: 1 ページ: 64-64
  • DOI: 10.1186/1475-2859-13-64
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of an automated culture system for laboratory evolution (2014)
  • 著者名/発表者名: Takaaki Horinouchi, Teruaki Minamoto, Shingo Suzuki, Hiroshi Shimizu, and Chikara Furusawa
  • 雑誌名: Journal of Laboratory Automation
  • 査読あり
• [雑誌論文] FastPros : screening of reaction knockout strategies for metabolic engineering (2014)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Ohno, Chikara Furusawa and Hiroshi Shimizu
  • 雑誌名: Bioinformatics 巻: 30(7) 号: 7 ページ: 981-7
  • DOI: 10.1093/bioinformatics/btt672
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of an Automated Culture System for Laboratory Evolution (2014)
  • 著者名/発表者名: Takaaki Horinouchi, Teruaki Minamoto, Shingo Suzuki, Hiroshi Shimizu, Chikara Furusawa
  • 雑誌名: Journal of Laboratory Evolution 巻: in press 号: 5 ページ: 478-482
  • DOI: 10.1177/2211068214521417
  • 査読あり
• [雑誌論文] Epigenetic feedback regulation accelerates adaptation and evolution (2013)
  • 著者名/発表者名: Chikara Furusawa and Kunihiko Kaneko
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 8 号: 5 ページ: e61251-e61251
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0061251
  • 査読あり
• [雑誌論文] ArtPathDesign: rational heterologous pathway design system for the production of nonnative metabolites. (2013)
  • 著者名/発表者名: Sunisa Chatsurachai, Chikara Furusawa, Hiroshi Shimizu
  • 雑誌名: Journal of Bioscience and Bioengineering 巻: 116(4) 号: 4 ページ: 524-7
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2013.04.002
  • NAID: 110009675471
• [雑誌論文] In silico screening of triple reaction knockout Escherichia coli strains for overproduction of useful metabolites (2012)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Ohno, Chikara Furusawa, Hiroshi Shimizu
  • 雑誌名: J Biosci. Bioeng 巻: 115(2) 号: 2 ページ: 221-221
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2012.09.004
  • NAID: 110009592575
  • 査読あり
• [雑誌論文] Adaptation to optimal cell growth through self-organized criticality (2012)
  • 著者名/発表者名: Chikara Furusawa, Kunihiko Kaneko
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 108(20) ページ: 208103-208103
  • 査読あり
• [雑誌論文] An in silico platform for the design of heterologous pathways in nonnative metabolite production (2012)
  • 著者名/発表者名: Sunisa Chatsurachai, Chikara Furusawa, Hiroshi Shimizu
  • 雑誌名: BMC Bioinformatics 巻: 13(1) 号: 1 ページ: 93-93
  • DOI: 10.1186/1471-2105-13-93
  • 査読あり
• [学会発表] 実験室進化を用いた大腸菌の適応進化ダイナミクスの解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 古澤力
  • 学会等名: E-Cell Workshop 2014 Spring
  • 発表場所: 神奈川
  • 年月日: 2014-03-10
• [学会発表] 全自動実験室進化システムの構築と大腸菌の多系列・多種ストレス環境下での実験室進化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 堀之内貴明,源晃明,鈴木真吾,清水浩,古澤力
  • 学会等名: 生命情報科学若手の会第5回研究会
  • 発表場所: 千葉
• [学会発表] Bacterial evolution of cross-resistance and hypersensitivity to other classes of antibiotics (2014)
  • 著者名/発表者名: 鈴木真吾,堀之内貴明,古澤力
  • 学会等名: 第87回日本細菌学会総会
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] 大腸菌の実験室進化系を用いた 適応進化ダイナミクスの解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 古澤力
  • 学会等名: 第２回 社会の数理セミナー
  • 発表場所: 東京工業大学 田町キャンパス
  • 招待講演
• [学会発表] Bacterial evolution of cross-resistance and hypersensitivity to other classe s of antibiotics (2014)
  • 著者名/発表者名: 鈴木真吾, 堀之内貴明, 古澤力
  • 学会等名: 第８７回日本細菌学会総会
  • 発表場所: タワーホール船堀
• [学会発表] 実験室進化を用いた大腸菌の適応進化ダイナミクスの解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 古澤力
  • 学会等名: E-Cell Workshop 2014 Spring
  • 発表場所: 慶応義塾大学湘南藤沢キャンパス
  • 招待講演
• [学会発表] 異なる系統の抗菌薬に対する交差耐性および超感受性の進化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 鈴木真吾
  • 学会等名: 第８回日本ゲノム微生物学会年会
  • 発表場所: 東京農業大学世田谷キャンパス
  • 招待講演
• [学会発表] 全自動実験室進化システムの構築と大腸菌の多系列・多種ストレス環境下での実験室進化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 堀之内貴明，源晃明，鈴木真吾，清水浩，古澤力
  • 学会等名: 生命情報科学若手の会第5回研究会
  • 発表場所: 東京大学 検見川セミナーハウス
• [学会発表] 大腸菌の実験室進化系を用いた適応進化ダイナミクスの解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 古澤力
  • 学会等名: Interdisciplinary Symposium on Advanced Biology and Biotechnology
  • 発表場所: 筑波
  • 年月日: 2013-12-13
• [学会発表] 全自動実験室進化システムによる大腸菌の多系列・多種ストレス環境の実験室進化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 堀之内貴明,源晃明,鈴木真吾,清水浩,古澤力
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会年会(MBSJ2013)
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2013-12-03
• [学会発表] ラボオートメーションによる全自動多系列実験室進化システムの構築 (2013)
  • 著者名/発表者名: 堀之内貴明,源晃明,鈴木真吾,清水浩,古澤力
  • 学会等名: 第65回日本生物工学会大会
  • 発表場所: 広島
  • 年月日: 2013-09-20
• [学会発表] 大腸菌人工進化実験の表現型/遺伝子型解析～複数の時間スケールが絡み合うダイナミクスの理解を目指して～ (2013)
  • 著者名/発表者名: 古澤力
  • 学会等名: 細胞システムの動態と論理V
  • 発表場所: 和光
  • 年月日: 2013-03-21
• [学会発表] 生命システムの可塑性と安定性の理解へ向けて (2013)
  • 著者名/発表者名: 古澤力
  • 学会等名: 第1回NINS Colloquium「自然科学の将来像」
  • 発表場所: 箱根
  • 年月日: 2013-02-05
• [学会発表] 薬剤耐性大腸菌の実験進化的創出とゲノミクス解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 鈴木真吾,堀之内貴明,古澤力
  • 学会等名: 第7回日本ゲノム微生物学会年会
  • 発表場所: 滋賀
• [学会発表] 大腸菌の実験室進化系を用いた適応進化ダイナミクスの解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 古澤力
  • 学会等名: Interdisciplinary Symposium on Advanced Biology and Biotechnology 2013
  • 発表場所: 産総研つくば中央
  • 招待講演
• [学会発表] 全自動実験室進化システムによる大腸菌の多系列・多種ストレス環境の実験室進化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 堀之内貴明，源晃明，鈴木真吾，清水浩，古澤力
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会年会（MBSJ2013)
  • 発表場所: 神戸国際会議場
• [学会発表] 実験室進化を用いた大腸菌の抗生物質耐性獲得ダイナミクスの解析 Laboratory evolution of antibiotic resistant Escherichia coli (2013)
  • 著者名/発表者名: 鈴木真吾, 堀之内貴明, 古澤力
  • 学会等名: 日本生物物理学会第51回年会
  • 発表場所: 国立京都国際会館
• [学会発表] 実験進化的手法による薬剤耐性大腸菌の創出とそのゲノミクス解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 鈴木真吾, 堀之内貴明, 古澤力
  • 学会等名: 第65回日本生物工学会大会
  • 発表場所: 広島国際会議場
• [学会発表] ラボオートメーションによる全自動多系列実験室進化システムの構築 (2013)
  • 著者名/発表者名: 堀之内貴明, 源晃明, 鈴木真吾, 清水浩, 古澤力
  • 学会等名: 第65回日本生物工学会大会
  • 発表場所: 広島国際会議場
• [学会発表] in silicoスクリーニングにより代謝物質生産が予測された大腸菌多重遺伝子破壊株の特徴解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 大野聡, 古澤力、清水浩
  • 学会等名: 第65回日本生物工学会大会
  • 発表場所: 広島国際会議場
• [学会発表] Phenotypic convergence in experimental evolution of antibiotic resistant bacteria (2013)
  • 著者名/発表者名: Chikara Furusawa
  • 学会等名: The 14th International Conference on Systems Biology(ICSB2013)
  • 発表場所: Copenhagen, Denmark
• [学会発表] 大腸菌人工進化実験の表現型/遺伝子型解析 ～複数の時間スケールが絡み合うダイナミクスの理解を目指して～ (2013)
  • 著者名/発表者名: 古澤力
  • 学会等名: 複雑生命システム動態研究教育拠点第四回全体会議
  • 発表場所: 東京大学
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞分化の動的モデル ～幹細胞システムの理解へ向けて～ (2013)
  • 著者名/発表者名: 古澤力
  • 学会等名: 生命機能数理モデル検討会
  • 発表場所: 大阪大学
  • 招待講演
• [学会発表] 「ありえる生命システム」の理解へ向けて：普遍性に基づいたアプローチ (2013)
  • 著者名/発表者名: 古澤力
  • 学会等名: NINS宇宙と生命懇話会（第１２回）
  • 発表場所: 自然科学研究機構事務局 東京
  • 招待講演
• [学会発表] 進化実験から得られたエタノール耐性大腸菌のマルチオミックス解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 堀之内貴明,鈴木真吾,小野直亮,玉岡邦康,平沢敬,四方哲也,清水浩,古澤力
  • 学会等名: 第64回日本生物工学会大会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2012-10-25
• [学会発表] 変動する環境下での人工進化実験による進化過程の解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 古澤力
  • 学会等名: 「複合適応形質進化の遺伝子基盤解明」平成24年度公開シンポジウム
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2012-09-26
• [学会発表] Analysis of evolutionary dynamics using experimental evolution of Escherichia coli (2012)
  • 著者名/発表者名: 鈴木真吾,堀之内貴明,古澤力
  • 学会等名: 第85回日本細菌学会総会
  • 発表場所: 長崎
  • 年月日: 2012-03-29
• [学会発表] 大腸菌の人工進化実験を用いた適応進化ダイナミクスの解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 古澤力
  • 学会等名: 第85回日本細菌学会総会
  • 発表場所: 長崎ブリックホール(長崎県)(招待講演)
  • 年月日: 2012-03-29
• [学会発表] 大腸菌人工進化実験の表現型/遺伝子型解析～複数の時間スケールが絡み合うダイナミクスの理解を目指して～ (2012)
  • 著者名/発表者名: 古澤力
  • 学会等名: 広島大学数理分子生命理学専攻第4回公開シンポジウム
  • 発表場所: 広島
• [学会発表] Comprehensive analysis of adaptation process under ethanol stress in Escherichia coli (2011)
  • 著者名/発表者名: 堀之内貴明
  • 学会等名: 第34回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川県)
  • 年月日: 2011-12-14
• [学会発表] Development of automatic expeerimental evolution system using laboratory auto mation system (2011)
  • 著者名/発表者名: 源晃明
  • 学会等名: 第34回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川県)
  • 年月日: 2011-12-14
• [学会発表] Comprehensive analysis of evolution dynamics in Escherichia coli from parallel experimental evolutions under ethanol stress condition (2011)
  • 著者名/発表者名: Takaaki Horinouchi, Shingo Suzuki, Naoaki Ono, Kuniyasu Tamaoka, Takashi Hirasawa, Tetsuya Yomo, Hiroshi Shimizu, Chikara Furusawa
  • 学会等名: International Symposium on SYNTHESIZING LIFE AND BIOLOGICAL SYSTEMS
  • 発表場所: Osaka, Japan
  • 年月日: 2011-10-25
• [学会発表] Comprehensive analysis of evolution dynamics in Escherichia coli from parallel experimental evolutions under ethanol stress condition (2011)
  • 著者名/発表者名: Takaaki Horinouchi
  • 学会等名: International Symposium on SYNTHESIZING LIFE AND BIOLOGICAL SYSTEMS
  • 発表場所: Life Science Center, Osaka, Japan
  • 年月日: 2011-10-25
• [学会発表] Multi-omics analysis of evolved Escherichia coli strains under ethanol stress revealed slow adaptation dynamics実験室進化実験によって得られたエタノール耐性大腸菌のマルチオミックス解析が示す長い時間スケールを持つ適応現象 (2011)
  • 著者名/発表者名: 堀之内貴明,鈴木真吾,小野直亮,玉岡邦康,平沢敬,古澤力,四方哲也,清水浩
  • 学会等名: 日本生物物理学会第49回年会
  • 発表場所: 兵庫
  • 年月日: 2011-09-18
• [学会発表] Multi-omics analysis of evolved Escherichia coli strains under ethanol stress revealed slow adaptation dynamics (2011)
  • 著者名/発表者名: 堀之内貴明
  • 学会等名: 日本生物物理学会第49回年会
  • 発表場所: 兵庫県立大学(兵庫県)
  • 年月日: 2011-09-18
• [学会発表] エタノールストレス環境下の進化実験により得られた大腸菌のゲノムワイドな変異解析と遺伝子発現解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 堀之内貴明,玉岡邦康,古澤力,小野直亮,鈴木真吾,平沢敬,四方哲也,清水浩
  • 学会等名: 化学工学会第43回秋季大会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2011-09-15
• [学会発表] エタノールストレス環境下の進化実験により得られた大腸菌のゲノムワイドな変異解析と遺伝子発現解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 堀之内貴明
  • 学会等名: 化学工学会第43回秋季大会
  • 発表場所: 名古屋工業大学(愛知県)
  • 年月日: 2011-09-15
• [学会発表] 進化実験によって得られたエタノール耐性大腸菌株の網羅的表現型・遺伝子型解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 古澤力,堀之内貴明,鈴木真吾,小野直亮,平沢敬、四方哲也、清水浩
  • 学会等名: 日本進化学会第13回大会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2011-07-31
• [学会発表] 進化実験によって得られたエタノール耐性大腸菌株の網羅的表現型・遺伝子型解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 古澤力
  • 学会等名: 日本進化学会第13回大会
  • 発表場所: 京都大学百周年時計台記念館(京都府)
  • 年月日: 2011-07-31
• [学会発表] Genome-Wide resequencing and expression analyses of evolved Escherichia coli strains under ethanol stress (2011)
  • 著者名/発表者名: Chikara Furusawa, Takaaki Horinouchi, Shingo Suzuki, Naoaki Ono, Kuniyasu Tamaoka, Takashi Hirasawa, Tetsuya Yomo, and Hiroshi Shimizu
  • 学会等名: Society for Molecular Biology and Evolution(SMBE2011)
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2011-07-28
• [学会発表] Genome-Wide resequencing and expression analyses of evolved Escherichia Coli strains under ethanol stress (2011)
  • 著者名/発表者名: Chikara Furusawa
  • 学会等名: Society for Molecular Biology and Evolution(SMBE2011)
  • 発表場所: Kyoto University, Kyoto (Japan)(招待講演)
  • 年月日: 2011-07-28
• [図書] 高等研報告書1005生物進化の持続性と転移(研究代表者津田一郎) (2011)
  • 著者名/発表者名: 古澤力, 堀之内貴明, 清水浩
  • 出版者: 第2章大腸菌の長期植え継ぎ培養における表現型・遺伝子型の網羅的解析
• [備考] 大野聡,古澤力,清水浩,第22回生物工 学論文賞授賞, 2014年9月(受賞内定)
• [備考] 大阪大学研究成果リリース：ものづくりに向けた微生物代謝の最適化手法を開発
  • URL: http://www.osaka-u.ac.jp/ja/news/ResearchRelease/2013/11/20131129_1
• [備考]
  • URL: http://www-shimizu.ist.osaka-u.ac.jp/furusawa/index.html