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人工的遺伝子回路の発現レベルの予測モデルの構築

公募研究

研究領域動的・多要素な生体分子ネットワークを理解するための合成生物学の基盤構築
研究課題/領域番号 26119702
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
審査区分 複合領域
研究機関筑波大学

研究代表者

イン ベイウェン  筑波大学, 生命環境系, 准教授 (90422401)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2015年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2014年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
キーワード遺伝子発現 / 人工回路 / 大腸菌 / ゲノム
研究実績の概要

遺伝子回路の正確な制御は、生物工学の中心的課題の一つである。遺伝子発現レベルの予測に必要な情報と方法論がまだ完全でない。工学的応用においては、天然な遺伝子回路が複雑で予測不可能であるため、既知の分子機構による人工的遺伝子回路の構築が一般的に採用されている。しかし、これらの遺伝子回路は生きた細胞のなかで働くので、遺伝子発現の制御機構以外にいくつかの制約が依然として存在している。そのうちの1つは、ゲノムの位相構造である。遺伝子発現量がプロモーター強度だけではなく、ゲノム構造にも部分的に影響されている。つまり、転写因子といった遺伝子発現に関わる制御因子が染色体へのアクセシビリティがその遺伝子の染色体上の位置と関係する。そのため、大腸菌ベースに、ゲノム位置のみに依存し、遺伝子発現レベルが複製開始点までの距離との単純化した定量的関係に焦点を当てた実験を実施した。その結果、遺伝子の染色体位置からゲノム複製開始点までの距離で規格化された遺伝子発現の単純な計算方式を決定した。この評価は遺伝子発現能力のゲノム位置の効果を表す一般的な式となり、指数期のゲノム複製モデルを支持するものである。それに関連して、2つ目に考えられる要素は遺伝子発現ノイズの影響である。同じ実験系を用いて、遺伝子発現のノイズを評価したところ、全体的に天然な遺伝子回路より人工回路の発現ノイズが小さい傾向にある。これらの成果が理論的なシミュレーションと遺伝子工学的構築に指針を与えることを期待できる。

現在までの達成度 (段落)

27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

27年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2016 2015 2014

すべて 雑誌論文 (10件) (うち査読あり 10件、 オープンアクセス 9件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] The Escherichia coli transcriptome linked to growth fitness2016

    • 著者名/発表者名
      BW Ying, K Yama, K Kitahara, T Yomo
    • 雑誌名

      Genomics Data

      巻: 7 ページ: 1-3

    • DOI

      10.1016/j.gdata.2015.11.011

    • NAID

      120007135353

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Global coordination in adaptation to gene rewiring.2015

    • 著者名/発表者名
      Y Murakami, Y Matsumoto, S Tsuru, BW Ying & T Yomo
    • 雑誌名

      Nucleic Acids Res

      巻: 43 号: 2 ページ: 1304-1316

    • DOI

      10.1093/nar/gku1366

    • NAID

      120007130352

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書 2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Molecular Clock of Neutral Mutations in a Fitness-Increasing Evolutionary Process2015

    • 著者名/発表者名
      Kishimoto T, Ying BW, Tsuru S, Iijima L, Suzuki S, Hashimoto T, Oyake A, Kobayashi H, Someya Y, Narisawa D, Yomo T
    • 雑誌名

      PLOS Genetics

      巻: 11(7) 号: 7 ページ: 1-18

    • DOI

      10.1371/journal.pgen.1005392

    • NAID

      120007136182

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Evolutionary Consequence of a Trade-Off between Growth and Maintenance along with Ribosomal Damages2015

    • 著者名/発表者名
      Ying BW, Honda T, Tsuru S, Seno S, Matsuda H, Kazuta Y, Yomo T
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 10(8) 号: 8 ページ: e0135639-e0135639

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0135639

    • NAID

      120007136183

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Functional specialization in regulation and quality control in thermal adaptive evolution2015

    • 著者名/発表者名
      K Yama, Y Matsumoto, Y Murakami, S Seno, H Matsuda, K Gotoh, D Motooka, S Nakamura, BW Ying, T Yomo
    • 雑誌名

      Genes Cells

      巻: 20 号: 11 ページ: 943-955

    • DOI

      10.1111/gtc.12298

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Bacterial transcriptome reorganization in thermal adaptive evolution2015

    • 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

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Nutrient-dependent growth defects and mutability of mutators in Escherichia coli.2015

    • 著者名/発表者名
      Y Ishizawa, BW Ying, S Tsuru & T Yomo
    • 雑誌名

      Genes Cells

      巻: 20 号: 1 ページ: 68-76

    • DOI

      10.1111/gtc.12199

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Directed evolution of cell size in Escherichia coli.2014

    • 著者名/発表者名
      M Yoshida, S Tsuru, N Hirata, S Seno, H Matsuda, BW Ying & T Yomo
    • 雑誌名

      BMC Evol Biol

      巻: 14

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Mutation accumulation in bacteria exposed to UV radiation.2014

    • 著者名/発表者名
      A Shibai, S Tsuru, BW Ying, D Motooka, K Gotoh, S Nakamura & T Yomo
    • 雑誌名

      Artificial Life

      巻: 14 ページ: 757-758

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A reduced genome decreases the host carrying capacity for foreign DNA.2014

    • 著者名/発表者名
      Y Akeno, BW Ying, S Tsuru & T Yomo
    • 雑誌名

      Microbiol Cell Factories

      巻: 13 号: 1

    • DOI

      10.1186/1475-2859-13-49

    • NAID

      120007136730

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Connecting bacterial growth with genome and transcriptome2016

    • 著者名/発表者名
      BW Ying
    • 学会等名
      International workshop on Synthetic Biology and Systems Biology of Microbes"
    • 発表場所
      奈良先端技術大学院大学(奈良県生駒市)
    • 年月日
      2016-03-17
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] An evolutionary trade-off between growth and sustainability accompaniedby ribosomal damages2016

    • 著者名/発表者名
      Ying BW, Honda T, Tsuru S, Seno S, Matsuda H, Kazuta Y, Yomo T
    • 学会等名
      日本ゲノム微生物学会第10回大会
    • 発表場所
      東京工業大学(東京都目黒区)
    • 年月日
      2016-03-04
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 大腸菌広域欠失株の増殖に対する数理的評価2016

    • 著者名/発表者名
      黒川真臣、瀬尾茂人、松田秀雄、イン ベイウェン
    • 学会等名
      日本ゲノム微生物学会第10回大会
    • 発表場所
      東京工業大学(東京都目黒区)
    • 年月日
      2016-03-04
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Survival strategies learned from bacterial cells in laboratory2015

    • 著者名/発表者名
      BW Ying
    • 学会等名
      2015 JSBi SIG Bio-Systems Theory Workshop
    • 発表場所
      東京医科歯科大学(東京都文京区)
    • 年月日
      2015-11-27
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 実験進化による極少栄養下で生きる大腸菌の創出2015

    • 著者名/発表者名
      イン ベイウェン、本田朋也、四方哲也
    • 学会等名
      日本宇宙生物科学会第29回大会
    • 発表場所
      帝京大学(東京都板橋区)
    • 年月日
      2015-09-26
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

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公開日: 2014-04-04   更新日: 2018-03-28  

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