文字列集合からの逐次データ同化によるインフルエンザウイルスの抗原変異予測

• 研究課題/領域番号: 25280080
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 知能情報学
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 伊藤 公人 北海道大学, 人獣共通感染症リサーチセンター, 教授 (60396314)
• 連携研究者: 高田 礼人 北海道大学, 人獣共通感染症リサーチセンター, 教授 (10292062) ; 五十嵐 学 北海道大学, 人獣共通感染症リサーチセンター, 准教授 (10374240)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 10,140千円 (直接経費: 7,800千円、間接経費: 2,340千円); 2015年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2014年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2013年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
• キーワード: インフルエンザ / 抗原変異予測 / データ同化 / ワクチン / 変異予測 / ベイズ推定 / 粒子フィルタ

研究成果の概要

インフルエンザの予防にはワクチン接種が有効であるが，人の免疫圧による選択淘汰を受けてウイルスの遺伝子が変異し続けるため，ワクチン株を頻繁に更新しなければならない。そこで，本研究では，ワクチン株を先回りして準備するために，文字列の集合に対する逐次データ同化により，ウイルス遺伝子配列の実データから，近い将来におこるウイルス遺伝子上の変異を予測する手法を研究した。その結果，人の集団免疫と感染およびウイルスの遺伝子変異の過程を表すモデルが構築され，文字列集合からの逐次データ同化により，インフルエンザウイルスの抗原変異を予測する研究基盤を構築した。

研究成果

• [国際共同研究] Icahn School of Medicine at Mount Sinai(米国)
• [雑誌論文] Host-Specific and Segment-Specific Evolutionary Dynamics of Avian and Human Influenza A Viruses: A Systematic Review (2016)
  • 著者名/発表者名: Kim K, Omori R, Ueno K, Iida S, Ito K
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 11(1) 号: 1 ページ: e0147021-e0147021
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0147021
  • NAID: 120005740331
  • 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] インフルエンザの流行予測はどこまで可能か？ (2016)
  • 著者名/発表者名: 渡邉真治，伊藤公人
  • 雑誌名: 感染症 巻: 46巻1号 ページ: 13-23
• [雑誌論文] Efficient isolation of Swine influenza viruses by age-targeted specimen collection. (2015)
  • 著者名/発表者名: Ozawa M, Matsuu A, Yonezawa K, Igarashi M, Okuya K, Kawabata T, Ito K, Tsukiyama-Kohara K, Taneno A, Deguchi E.
  • 雑誌名: J Clin Microbiol. 2015 Apr;53(4):1331-8. 巻: 53 号: 4 ページ: 1331-1338
  • DOI: 10.1128/jcm.02941-14
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Seroepidemiological prevalence of multiple species of filoviruses in fruit bats (Eidolon helvum) migrating in Africa. (2015)
  • 著者名/発表者名: Hirohito Ogawa, Hiroko Miyamoto, Eri Nakayama, Reiko Yoshida, Ichiro Nakamura, Hirofumi Sawa, Akihiro Ishii, Yuka Thomas, Emiko Nakagawa, Keita Matsuno, Masahiro Kajihara, Junki Maruyama, Manabu Igarashi, Kimihito Ito, Ayato Takada et al
  • 雑誌名: Journal of Infectious Diseases 巻: jiv063 号: suppl 2 ページ: S101-S108
  • DOI: 10.1093/infdis/jiv063
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Metagenomic analysis of the shrew enteric virome reveals novel viruses related to human stool-associated viruses. (2015)
  • 著者名/発表者名: Sasaki M, Orba Y, Ueno K, Ishii A, Moonga L, Hang'ombe BM, Mweene AS, Ito K, Sawa H.
  • 雑誌名: Journal of General Virology 巻: 96 号: 2 ページ: 440-452
  • DOI: 10.1099/vir.0.071209-0
  • NAID: 120005697198
  • 査読あり
• [雑誌論文] ELM: enhanced lowest common ancestor based method for detecting a pathogenic virus from a large sequence dataset (2014)
  • 著者名/発表者名: Ueno K, Ishii A, Ito K
  • 雑誌名: BMC Bioinform 巻: 28(15) 号: 1 ページ: 254-254
  • DOI: 10.1186/1471-2105-15-254
  • NAID: 120005476099
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A nairovirus isolated from African bats causes haemorrhagic gastroenteritis and severe hepatic disease in mice. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ishii A, Ueno K, Orba Y, Sasaki M, Moonga L, Hang'ombe BM, Mweene AS, Umemura T, Ito K, Hall WW, Sawa H
  • 雑誌名: Nat Commun 巻: 5 号: 1 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1038/ncomms6651
  • NAID: 120005540294
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 計算機科学によるインフルエンザウイルスの抗原変異予測 (2014)
  • 著者名/発表者名: 伊藤公人
  • 雑誌名: 化学療法の領域 巻: 30巻12号 ページ: 68-74
• [雑誌論文] 自然界から見る人獣共通感染症 (2014)
  • 著者名/発表者名: 伊藤公人
  • 雑誌名: みんぱく 巻: 38 ページ: 4-5
• [雑誌論文] Antiviral activity of stachyflin on influenza A viruses of different hemagglutinin subtypes (2013)
  • 著者名/発表者名: Motohashi Y, Igarashi M, Okamatsu M, Noshi T, Sakoda Y, Yamamoto N, Ito K, Yoshida R, Kida H
  • 雑誌名: Virol J 巻: 10 号: 1 ページ: 118-118
  • DOI: 10.1186/1743-422x-10-118
  • NAID: 120005323601
  • 査読あり
• [雑誌論文] Whole-genome sequencing of Theileria parva strains provides insight into parasite migration and diversification in the African continent. (2013)
  • 著者名/発表者名: Kyoko Hayashida, Takashi Abe, William Weir, Ryo Nakao, Kimihito Ito, Kiichi Kajino, Yutaka Suzuki, Frans Jongejan, Dirk Geysen, and Chihiro Sugimoto.
  • 雑誌名: DNA Research 巻: 20 号: 3 ページ: 209-220
  • DOI: 10.1093/dnares/dst003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Heterosubtypic antiviral activity of hemagglutinin-specific antibodies induced by intranasal immunization with inactivated influenza viruses in mice. (2013)
  • 著者名/発表者名: Muramatsu M. et al.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 8 号: 8 ページ: e71534-e71534
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0071534
  • 査読あり
• [学会発表] インフルエンザウイルスの抗原変異とその予測可能性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 伊藤公人
  • 学会等名: 国立感染症研究所 学友会シンポジウム
  • 発表場所: 国立感染症研究所（東京都）
  • 年月日: 2015-12-14
  • 招待講演
• [学会発表] Combining Population Genetics of Pathogens and Epidemiology of Infectious Diseases (2015)
  • 著者名/発表者名: Kimihito Ito
  • 学会等名: 数学WEEK
  • 発表場所: あきばホール(東京都）
  • 年月日: 2015-09-19
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Prediction of amino acid substitutions on the hemagglutinin molecules of H3N2 seasonal influenza viruses using gamma distribution (2015)
  • 著者名/発表者名: Kimihito Ito
  • 学会等名: The ARI conference in The U.S-Japan's Cooperative Medical Sciences Program
  • 発表場所: Academia Sinica (Taipei, Taiwan)
  • 年月日: 2015-01-28
  • 招待講演
• [学会発表] コンピューターは季節性インフルエンザウイルスの抗原変異を予測できるか？ （基調講演） (2014)
  • 著者名/発表者名: 伊藤公人
  • 学会等名: 第15回IPABシンポジウム／感染症とコンピュータ創薬
  • 発表場所: NEC本社ビル（東京都）
  • 年月日: 2014-12-05
  • 招待講演
• [学会発表] Predicting the evolution of influenza A viruses through data assimilation (Keynote Lecture) (2014)
  • 著者名/発表者名: Kimihito Ito
  • 学会等名: International Workshop on Information Search, Integration & Personalization (ISIP 2014)
  • 発表場所: Help University (Kuala Lumpur, Malaysia)
  • 年月日: 2014-10-09
  • 招待講演
• [学会発表] Predicting antigenic changes of influenza viruses through data assimilation (2014)
  • 著者名/発表者名: Kimihito Ito
  • 学会等名: 平成26年度 九州大学マス・フォア・インダストリ研究所 共同利用研究集会，感染症数理モデルの実用化と産業および政策での活用－問題解決型の数理モデリング－
  • 発表場所: JR博多シティ会議場（福岡市）
  • 年月日: 2014-10-02
  • 招待講演
• [学会発表] コンピューターでインフルエンザウイルスの変異を予測する (2014)
  • 著者名/発表者名: 伊藤公人
  • 学会等名: 第157回日本獣医学会学術集会 特別企画「人獣共通感染症の先回り対策策定に向けた情報戦略」
  • 発表場所: 北海道大学（札幌市）
  • 年月日: 2014-09-11
  • 招待講演
• [学会発表] Data Structure and Parallel Algorithms for Big Data Assimilation in Meteorology (2014)
  • 著者名/発表者名: Kimihito Ito
  • 学会等名: Mathematical Science on Big Data Assimilation in Meteorology
  • 発表場所: 京都大学（京都市）
  • 招待講演
• [学会発表] Tracking Zoonotic Outbreaks Using Bioinformatics Techniques (2014)
  • 著者名/発表者名: Heidi Tessmer, Kimihito Ito
  • 学会等名: Mathematical Science on Big Data Assimilation in Meteorology
  • 発表場所: 京都大学（京都市）
• [学会発表] Towards data assimilation of Malaria epidemics in Zambia (2014)
  • 著者名/発表者名: Mayumbo Nyirenda, Hiroki Arimura, Kimihito Ito
  • 学会等名: Mathematical Science on Big Data Assimilation in Meteorology
  • 発表場所: 京都大学（京都市）
• [学会発表] Inferring the population structure of viruses with Tajima’s D and its application to global surveillance (2014)
  • 著者名/発表者名: Kiyeon Kim, Kimihito Ito
  • 学会等名: 第３回感染症若手フォーラム
  • 発表場所: やすらぎ伊王島海の見えるホテル（長崎市）
• [学会発表] A large-scale analysis of interspecies transmission of influenza A viruses in pigs (2014)
  • 著者名/発表者名: Nipawit Karnbunchob, Keisuke Ueno, Manabu Igarashi, Kimihito Ito
  • 学会等名: 第３回感染症若手フォーラム
  • 発表場所: やすらぎ伊王島海の見えるホテル（長崎市）
• [学会発表] Inferring the population structure of viruses with Tajima’s D and its application to global surveillance (2013)
  • 著者名/発表者名: Kiyeon Kim, Kimihito Ito
  • 学会等名: The 1st Sapporo Summer Seminar for One Health
  • 発表場所: 北海道大学（札幌市）
• [学会発表] コンピューターはインフルエンザの流行株を 予測できるか？ (2013)
  • 著者名/発表者名: 伊藤公人
  • 学会等名: 人工知能学会 第90回 人工知能基本問題研究会 (SIG-FPAI)
  • 発表場所: 稚内市日ロ友好会館（稚内市）
  • 招待講演
• [学会発表] A formula on the number of amino acid substitutions on the hemagglutinin molecules of H3N2 seasonal influenza viruses (2013)
  • 著者名/発表者名: Kimihito Ito, Manabu Igarashi, Ayato Takada
  • 学会等名: 15th International Negative Strand Virus Meeting
  • 発表場所: Palacio de Exposiciones y Congresos Granada (Spain)
• [学会・シンポジウム開催] Innovative Mathematical Modeling for the Analysis of Infectious Disease Data (IMAID2015) (2015)
  • 発表場所: Hokkaido University
  • 年月日: 2015-11-29