進化実験を用いた抗生物質耐性の進化ダイナミクスの解析

• 研究課題/領域番号: 26290071
• 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: 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: 古澤 力 国立研究開発法人理化学研究所, 生命システム研究センター, チームリーダー (00372631)
• 研究分担者: 堀之内 貴明 国立研究開発法人理化学研究所, 生命システム研究センター, 特別研究員 (60610988)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円); 2016年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2015年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2014年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
• キーワード: 進化実験 / 抗生物質耐性 / 大腸菌 / 抗生物質 / 次世代シーケンサ

研究成果の概要

近年大きな問題となっている抗生物質耐性菌の出現を抑制するためには、その進化ダイナミクスを理解し、制御する必要がある。そこで本研究では、複数の抗生物質を同時に添加した環境下での大腸菌の進化実験を行い、その進化ダイナミクスを解析した。結果として、耐性進化が抑制される組み合わせや、逆に促進される組み合わせが存在することが見出された。また、酸・アルカリ・界面活性剤などさまざまなストレス環境下での大腸菌進化実験を行い、そうした薬剤耐性進化の抑制や促進を引き起こし得るストレス環境のスクリーニングを行い、その候補の同定に成功した。こうした結果は、抗生物質耐性進化をコントロールするための基盤になる。

研究成果

• [雑誌論文] Omics-Integrated Approach for Metabolic State Analysis of Microbial Processes: Innovations and Future Directions (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Shimizu, C. Furusawa, T. Hirasawa, K. Yoshikawa, Y. Toya, T. Shirai and F. Matsuda
  • 雑誌名: Appl. Bioeng 巻: 5 ページ: 213-236
  • DOI: 10.1002/9783527800599.ch7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Expression profiling of antibiotic resistant bacteria obtained by laboratory evolution (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Suzuki, T. Horinouchi and C. Furusawa
  • 雑誌名: Methods Mol Biol. 巻: 1520 ページ: 263-279
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-6634-9_16
  • ISBN: 9781493966325, 9781493966349
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Acceleration and Suppression of Resistance Development by Antibiotic Combinations (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Suzuki, T. Horinouchi and C. Furusawa
  • 雑誌名: BMC Genomics 巻: 18 号: 1 ページ: 328-328
  • DOI: 10.1186/s12864-017-3718-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] 進化実験を用いた薬剤耐性メカニズムの解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 古澤力
  • 雑誌名: 薬学雑誌 巻: 137(4) ページ: 373-376
  • NAID: 130005529539
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phenotypic changes associated with the fitness cost in antibiotic resistant Escherichia coli strains (2016)
  • 著者名/発表者名: Shingo Suzuki, Takaaki Horinouchi, Chikara Furusawa
  • 雑誌名: Molecular Biosystems 巻: Vol.12 No.2 号: 2 ページ: 414-420
  • DOI: 10.1039/c5mb00590f
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 大腸菌進化実験を用いた遺伝子発現量からの抗生物質耐性メカニズムの解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 古澤力,鈴木真吾,堀之内貴明
  • 雑誌名: バイオサイエンスとインダストリー 巻: 74(2) ページ: 138-140
  • NAID: 40020762041
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bacterial transcriptome reorganization in thermal adaptive evolution (2015)
  • 著者名/発表者名: B-W. Ying, Y. Matsumoto, K. Kitahara, S. Suzuki, N. Ono, C. Furusawa, T. Kishimoto, T. Yomo
  • 雑誌名: BMC Genomics 巻: 16 号: 1 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1186/s12864-015-1999-x
  • NAID: 120007136181
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Phenotypic convergence in bacterial adaptive evolution to ethanol stress (2015)
  • 著者名/発表者名: Takaaki Horinouchi, Shingo Suzuki, Takashi Hirasawa, Naoaki Ono, Tetsuya Yomo, Hiroshi Shizmiu, Chikara Furusawa
  • 雑誌名: BMC Evo. Biol. 巻: 15 号: 1 ページ: 180-180
  • DOI: 10.1186/s12862-015-0454-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Global relationships in fluctuation and response in adaptive evolution (2015)
  • 著者名/発表者名: Chikara Furusawa and Kunihiko Kaneko
  • 雑誌名: Jour. Roy. Soc. Interfac 巻: Vol.12 No.109 号: 109 ページ: 20150482-20150482
  • DOI: 10.1098/rsif.2015.0482
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Suppression of antibiotic resistance acquisition by combined use of antibiotics (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Suzuki, T. Horinouchi, C. Furusawa
  • 雑誌名: Jour. Biosci. Bioeng 巻: - 号: 4 ページ: 467-469
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2015.02.003
  • NAID: 110010010232
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Toward Understanding of Adaptive Evolution: Theoretical Analysis and Microbial Laboratory Evolution (2017)
  • 著者名/発表者名: Chikara Furusawa
  • 学会等名: 5th International Symposium of the Mathematics on Chromatin Live Dynamics
  • 発表場所: 東広島芸術文化ホール(広島県東広島市)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Prediction of Stress Resistance By Gene Expression Profiles (2016)
  • 著者名/発表者名: Chikara Furusawa, Shingo Suzuki, Takaaki Horinouchi
  • 学会等名: Metabolic Engineering XI
  • 発表場所: 淡路夢舞台国際会議場(兵庫県淡路市)
  • 国際学会
• [学会発表] Toward Understanding of Biological Plasticity:Computational Analysis and Experimental Evolution (2016)
  • 著者名/発表者名: Chikara Furusawa
  • 学会等名: QBiC Symposium 2016
  • 発表場所: 千里ライフサイエンスセンター(大阪府豊中市)
  • 国際学会
• [学会発表] Escherichia coli cellular state profiling during adaptive evolution to various stress conditions using omics technology (2016)
  • 著者名/発表者名: Takaaki Horinouchi, Tomoya Maeda, Chikara Furusawa
  • 学会等名: QBiC Symposium 2016
  • 発表場所: 千里ライフサイエンスセンター(大阪府豊中市)
  • 国際学会
• [学会発表] Analysis of evolutionary constraints and plasticity by laboratory evolution and computational models (2016)
  • 著者名/発表者名: Chikara Furusawa
  • 学会等名: Genome Evolution Conference
  • 発表場所: Rehovot(Israel)
  • 国際学会
• [学会発表] Toward Understanding of Adaptive Evolution: High-throughput Laboratory Evolution and Computational Analysis (2016)
  • 著者名/発表者名: Chikara Furusawa
  • 学会等名: International Symposium on Universal Biology
  • 発表場所: 東京大学(東京都文京区)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ハイスループット実験室進化とオミックス解析によるストレス耐性微生物の育種 (2016)
  • 著者名/発表者名: 堀之内貴明,古澤力
  • 学会等名: 2016年度生物工学若手研究者の集い 夏のセミナー
  • 発表場所: ホテルコンチネンタル府中(東京都府中市)
• [学会発表] 実験室進化とオミックス解析によるイソプロパノール耐性大腸菌の育種 (2016)
  • 著者名/発表者名: 堀之内貴明,酒井亜希,田辺久美,古澤力
  • 学会等名: 第６８回日本生物工学会大会
  • 発表場所: 富山国際会議場(富山県富山市)
• [学会発表] 生物システムの安定性と可塑性： 理論と実験からのアプローチ (2015)
  • 著者名/発表者名: 古澤力
  • 学会等名: 第34回 BMIRC研究会
  • 発表場所: 九州工業大学 飯塚キャンパス・飯塚市・福岡県
  • 年月日: 2015-12-10
  • 招待講演
• [学会発表] 全自動実験室進化システムを用いた多系列・多種ストレス環境の実験室進化による大腸菌のストレス適応戦略の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 堀之内貴明
  • 学会等名: 第38回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸国際会議場・神戸市・兵庫県
  • 年月日: 2015-12-02
• [学会発表] 大腸菌進化実験と 細胞シミュレーションを用いた 適応進化ダイナミクスの解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 古澤力
  • 学会等名: 第38回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸国際会議場・神戸市・兵庫県
  • 年月日: 2015-12-02
  • 招待講演
• [学会発表] Toward Understanding of Adaptive Evolution:Computational Analysis and Experimental Evolution (2015)
  • 著者名/発表者名: 古澤力
  • 学会等名: 平成２７年度生命システム理論研究会
  • 発表場所: 東京医科歯科大学・文京区・東京都
  • 年月日: 2015-11-27
  • 招待講演
• [学会発表] 生物システムの安定性と可塑性： 大腸菌進化実験によるアプローチ (2015)
  • 著者名/発表者名: 古澤力
  • 学会等名: 山田研究会「生物と非生物をつなぐ」
  • 発表場所: ラフォーレ修善寺・伊豆市・静岡県
  • 年月日: 2015-11-16
  • 招待講演
• [学会発表] 大腸菌の進化実験を用いた進化ダイナミクスの解析とその応用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 古澤力
  • 学会等名: 第６７回日本生物工学大会
  • 発表場所: 城山観光ホテル・鹿児島市・鹿児島県
  • 年月日: 2015-10-28
  • 招待講演
• [学会発表] 全自動実験室進化による様々な化合物ストレスに対する耐性大腸菌の創生と耐性化機構の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 堀之内貴明
  • 学会等名: 第６７回日本生物工学大会
  • 発表場所: 城山観光ホテル・鹿児島市・鹿児島県
  • 年月日: 2015-10-26
• [学会発表] ハイスループット実験室進化とオミックス解析による大腸菌の適応進化の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 堀之内貴明
  • 学会等名: 生命情報科学若手の会第７回研究会
  • 発表場所: 慶應義塾大学鶴岡タウンキャンパス・鶴岡市・山形県
  • 年月日: 2015-10-01
• [学会発表] 大自由度ダイナミクスから”生きている状態”の記述へ (2015)
  • 著者名/発表者名: 古澤力
  • 学会等名: 第５３回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 金沢大学角間キャンパス・金沢市・石川県
  • 年月日: 2015-09-13
  • 招待講演
• [学会発表] Toward Understanding of Adaptive Evolution: Computational Analysis and Experimental Evolution (2015)
  • 著者名/発表者名: 古澤力
  • 学会等名: QBiC Symposium: High-dimensional data for the design principles of life
  • 発表場所: 理化学研究所 生命システム研究センター・吹田市・大阪府
  • 年月日: 2015-08-24
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 適応進化ダイナミクスの解明：微生物実験と理論解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 古澤力
  • 学会等名: 東大理学部物理学科 懇話会
  • 発表場所: 東京大学本郷キャンパス・文京区・東京都
  • 年月日: 2015-07-17
  • 招待講演
• [学会発表] ゲノム解析の先に見えるもの：大腸菌進化実験の表現型・遺伝子型解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 古澤力
  • 学会等名: 第4回NGS現場の会
  • 発表場所: 筑波国際会議場・つくば市・茨城県
  • 年月日: 2015-07-01
  • 招待講演
• [学会発表] 進化ダイナミクスの構成的理解～大腸菌進化実験から何が見えるか？～ (2015)
  • 著者名/発表者名: 古澤力
  • 学会等名: 第８回Evo-devo青年の会
  • 発表場所: 名古屋大学理学南館・名古屋市・愛知県
  • 年月日: 2015-06-27
  • 招待講演
• [学会発表] 大腸菌進化過程の表現型・遺伝子型解析：抗生物質耐性菌の出現抑制へ向けて (2015)
  • 著者名/発表者名: 古澤力
  • 学会等名: アジレントゲノミクスフォーラム
  • 発表場所: 浅草橋ヒューリックホール・台東区・東京都
  • 年月日: 2015-06-16
  • 招待講演
• [学会発表] Phenotypic Convergence in Experimental Evolution of Antibiotic Resistant Bacteria (2015)
  • 著者名/発表者名: 古澤力
  • 学会等名: 2nd Symposium on Complex Biodynamics＆Networks
  • 発表場所: 鶴岡市先端研究産業支援センターレクチャーホール・鶴岡市・山形県
  • 年月日: 2015-05-11
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ゲノム解析の先に何が見えるか？～大腸菌進化実験の表現型・遺伝子型解析～ (2015)
  • 著者名/発表者名: 古澤力
  • 学会等名: 1030回生物科学セミナー（東京大学理学部生物学科）
  • 発表場所: 東京大学本郷キャンパス・文京区・東京都
  • 年月日: 2015-05-10
  • 招待講演
• [学会発表] Theoretical/experimental analysis of robustness and plasticity in biological systems (2015)
  • 著者名/発表者名: 古澤力
  • 学会等名: 第56回植物生理学会年会シンポジウム
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
  • 招待講演
• [学会発表] 化実験から見えてきたもの：微生物の適応進化過程の理解とその応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 古澤力
  • 学会等名: 合成生物学シンポジウム
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2014-11-25
  • 招待講演
• [学会発表] Creating stress tolerant bacterial cells by experimental evolution (2014)
  • 著者名/発表者名: Chikara Furusawa
  • 学会等名: 5th Asian Symposium on Innovative Bio-production and Biorefinery
  • 発表場所: Tainan
  • 年月日: 2014-11-09 – 2014-11-11
  • 招待講演
• [学会発表] 抗生物質を添加した環境での大腸菌進化実験 (2014)
  • 著者名/発表者名: 古澤力
  • 学会等名: 第87回生化学会大会シンポジウム
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2014-10-15 – 2014-10-16
  • 招待講演
• [学会発表] ハイスループット実験室進化とオミックス解析による大腸菌の様々なストレスへの耐性機構の解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 堀之内貴明
  • 学会等名: 第66会生物工学会シンポジウム
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2014-09-09 – 2014-09-11
  • 招待講演
• [学会発表] 代謝デザインへ向けたシステムバイオロジー (2014)
  • 著者名/発表者名: 古澤力
  • 学会等名: 第105回醗酵学懇話会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2014-08-19
  • 招待講演
• [図書] 「進化の謎をゲノムで解く」（長谷部光泰監修） (2015)
  • 著者名/発表者名: 古澤力
  • 出版者: 学研メディカル秀潤社
• [図書] 生体の科学 (2014)
  • 著者名/発表者名: 古澤力
  • 総ページ数: 2
  • 出版者: 医学書院
• [図書] 細胞工学 (2014)
  • 著者名/発表者名: 堀之内貴明、古澤力
  • 総ページ数: 4
  • 出版者: 学研メディカル秀潤社