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実験室進化による代謝アダプテーションの制約の解析

公募研究

研究領域代謝アダプテーションのトランスオミクス解析
研究課題/領域番号 18H04807
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
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) 2018-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
11,700千円 (直接経費: 9,000千円、間接経費: 2,700千円)
2019年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2018年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
キーワード実験室進化 / オミクス解析 / 代謝阻害剤 / トランスオミクス解析 / 実験自動化 / トランスオミクス
研究実績の概要

生物システムは環境変動に対し、ゲノム配列・遺伝子発現・代謝フラックスなど複数の階層をまたぐダイナミックな相互作用を通じ、表現型を変化させることにより適応することができる(代謝アダプテーション)。しかしその代謝アダプテーションによる表現型の変化は変幻自在というわけではなく、制約が存在する。本研究は大腸菌の代謝アダプテーションにおける大規模なトランスオミクス解析により、代謝アダプテーションの過程において取り得る表現型が一定の範囲に制約されるメカニズムの理解と、その予測と制御を可能とする手法を開発することを目指した。
2019年度は、前年度に取得した様々な作用機序の代謝阻害剤に対する代謝適応株のトランスオミクス解析(ゲノム、トランスクリプトーム、メタボローム解析)を行った。これらの解析により、適応現象に関与すると思われる変異および発現変動遺伝子を同定し、また適応現象に伴って蓄積量が変化した細胞内代謝物を発見することができた。また、前年度に見出した、トレードオフの関係を示すような代謝阻害剤のペアに着目し、それら代謝阻害剤に対する適応株のトランスオミクス状態の変化をさらに詳細に解析したところ、これらの株は異なる向きに細胞内部状態を変化させていることが示唆された。これらの代謝阻害剤は同時添加により相乗効果をもたらすことも見出しており、得られた結果は代謝状態のとりうる範囲を規定する分子メカニズムの解明と、それに基づく代謝状態の制御の基盤になると期待できる。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2020 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (6件) (うち招待講演 5件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Suppression of antibiotic resistance evolution by single-gene deletion2020

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

      Scientific Reports

      巻: 10 号: 1 ページ: 4178-4178

    • DOI

      10.1038/s41598-020-60663-6

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Understanding metabolic adaptation by using bacterial laboratory evolution and trans-omics analysis2020

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

      Biophysical Reviews

      巻: - 号: 3 ページ: 677-682

    • DOI

      10.1007/s12551-020-00695-4

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 微生物進化実験の定量解析:予測・制御・細胞状態論へ向けて2019

    • 著者名/発表者名
      FURUSAWA Chikara、HORINOUCHI Takaaki
    • 雑誌名

      生物物理

      巻: 59 号: 5 ページ: 262-265

    • DOI

      10.2142/biophys.59.262

    • NAID

      130007718911

    • ISSN
      0582-4052, 1347-4219
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 大規模データ取得のための実験自動化技術の現状と展望2019

    • 著者名/発表者名
      堀之内貴明
    • 雑誌名

      生物工学

      巻: 97 ページ: 269-272

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [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
  • [学会発表] 全自動実験室進化システムと大規模計測を用いたストレス耐性大腸菌の育種2019

    • 著者名/発表者名
      堀之内貴明
    • 学会等名
      日本生物工学会バイオインフォマティクス相談部会第三回講演会~大規模計測技術とインフォマティクスと自動化~
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 大腸菌の大規模実験室進化とオミクス解析による適応進化動態の解析2019

    • 著者名/発表者名
      堀之内貴明
    • 学会等名
      第35回個体群生態学会, 公募シンポジウム「生物や生態系全体の動態をとらえる網羅的実験の新展開」
    • 関連する報告書
      2019 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] 全自動培養システムを用いた多種ストレス環境下における大腸菌の大規模実験室進化2019

    • 著者名/発表者名
      前田智也、 岩澤諄一郎、 堀之内貴明、 阪田奈津枝、 小谷葉月、 川田正子、 田邊久美、 古澤力
    • 学会等名
      第13回日本ゲノム微生物学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [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] 大腸菌の大規模実験室進化による適応進化過程の解析2018

    • 著者名/発表者名
      堀之内貴明
    • 学会等名
      日本遺伝学会第90回大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] Takaaki Horinouchi's web site

    • URL

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

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

URL: 

公開日: 2018-04-23   更新日: 2021-01-27  

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