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2017 年度 実績報告書

遺伝子配列に刻まれた宿主と病原体の攻防を読み解くビックデータ生態学の創成

研究課題

研究課題/領域番号 16H04845
研究機関九州大学

研究代表者

岩見 真吾  九州大学, 理学研究院, 准教授 (90518119)

研究分担者 立木 佑弥  京都大学, ウイルス・再生医科学研究所, 特定研究員 (40741799)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2021-03-31
キーワード数理モデル / 定量的データ解析
研究実績の概要

遺伝子配列には病原体と宿主の進化的攻防の歴史が刻まれている。ビッグデータに値する情報として蓄積しているインフルエンザの遺伝子配列を利用し、バイオインフォマティクスと数理科学の手法を駆使して、ウイルス進化という時空間を超えたマクロな振る舞いを捕捉する新たなデータサイエンスを繰り広げ、複雑なエコ・スフィアーの本質を理解してきた。特に、宿主免疫にさらされるヘマグルチニンの遺伝子配列をdN/dS解析や共変動解析により詳細に分析することで、インフルエンザウイルスと宿主の共進化を舞台にした「進化ルール」を探索した。インフルエンザウイルスの進化は抗原決定基(特にA及びB)に蓄積される変異が主な駆動力になっている可能性を見出した。さらに、抗原決定基及び非抗原決定基をコードする配列を別々に準備し、描いた2つの進化系統樹を比較した。そして、HA1の非抗原決定基配列の系統樹であってもいわゆる“インフルエンザの系統樹”のトポロジーを維持することを発見した。この反直感的な発見に「進化ルール」が内包されている可能性がある。例えば、クラスター遷移を支配する抗原決定基への変異導入はウイルス適応度を著しく減少させる。つまり、宿主集団内の免疫圧から逃れるためにクラスター遷移を起こしたウイルスが宿主個人内で生存するためには、同時あるいは事前に適応度回復をもたらす“補完的変異”を獲得している可能性がある。以上、バイオインフォマティクスと数理科学、実験科学の融合的なアプローチを用いた研究を進めた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

実データの背後に潜む法則性や基本原理を知るためには、実データを生み出すシステムの非線形ダイナミクスを知る必要がある。膨大な組み合わせの進化経路を全て実験解析から探索し、「進化ルール」を見つけ出すことは不可能であるが、計算機実験と進化理論による大規模な擬似配列データ解析を援用することで達成されつつある。

今後の研究の推進方策

遺伝子配列には病原体と宿主の進化的攻防の歴史が刻まれている。そこで、宿主免疫にさらされるヘマグルチニンの遺伝子配列をdN/dS解析や共変動解析により詳細に分析することで、インフルエンザウイルスと宿主の共進化を舞台にした「進化ルール」を探索する。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 3件、 査読あり 6件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] INSERM(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      INSERM
  • [国際共同研究] UNSW(オーストラリア)

    • 国名
      オーストラリア
    • 外国機関名
      UNSW
  • [国際共同研究] ICL(英国)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      ICL
  • [雑誌論文] Epidermal growth factor receptor is a host-entry cofactor triggering hepatitis B virus internalization2019

    • 著者名/発表者名
      Iwamoto Masashi、Saso Wakana、Sugiyama Ryuichi、Ishii Koji、Ohki Mio、Nagamori Shushi、Suzuki Ryosuke、Aizaki Hideki、Ryo Akihide、Yun Ji-Hye、Park Sam-Yong、Ohtani Naoko、Muramatsu Masamichi、Iwami Shingo、Tanaka Yasuhito、Sureau Camille、Wakita Takaji、Watashi Koichi
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: in press ページ: in press

    • DOI

      10.1073/pnas.1811064116

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Mathematical Analysis of a Transformed ODE from a PDE Multiscale Model of Hepatitis C Virus Infection2019

    • 著者名/発表者名
      Kitagawa Kosaku、Kuniya Toshikazu、Nakaoka Shinji、Asai Yusuke、Watashi Koichi、Iwami Shingo
    • 雑誌名

      Bulletin of Mathematical Biology

      巻: 81 ページ: 1427~1441

    • DOI

      10.1007/s11538-018-00564-y

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantitative Immunology by Data Analysis Using Mathematical Models2019

    • 著者名/発表者名
      Iwanami Shoya、Iwami Shingo
    • 雑誌名

      Encyclopedia of Bioinformatics and Computational Biology

      巻: 2 ページ: 984~992

    • DOI

      10.1016/B978-0-12-809633-8.20250-1

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamics of HIV-1 coinfection in different susceptible target cell populations during cell-free infection2018

    • 著者名/発表者名
      Ito Yusuke、Tauzin Alexandra、Remion Azaria、Ejima Keisuke、Mammano Fabrizio、Iwami Shingo
    • 雑誌名

      Journal of Theoretical Biology

      巻: 455 ページ: 39~46

    • DOI

      10.1016/j.jtbi.2018.06.025

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A PDE multiscale model of hepatitis C virus infection can be transformed to a system of ODEs2018

    • 著者名/発表者名
      Kitagawa Kosaku、Nakaoka Shinji、Asai Yusuke、Watashi Koichi、Iwami Shingo
    • 雑誌名

      Journal of Theoretical Biology

      巻: 448 ページ: 80~85

    • DOI

      10.1016/j.jtbi.2018.04.006

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Malaria incidences in South Africa linked to a climate mode in southwestern Indian Ocean2018

    • 著者名/発表者名
      Behera Swadhin K.、Morioka Yushi、Ikeda Takayoshi、Doi Takeshi、Ratnam Jayanthi V.、Nonaka Masami、Tsuzuki Ataru、Imai Chisato、Kim Yoonhee、Hashizume Masahiro、Iwami Shingo、Kruger Philip、Maharaj Rajendra、Sweijd Neville、Minakawa Noboru
    • 雑誌名

      Environmental Development

      巻: 27 ページ: 47~57

    • DOI

      10.1016/j.envdev.2018.07.002

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Quantifying antiviral activity optimizes drug combinations against hepatitis C virus infection2018

    • 著者名/発表者名
      Shingo Iwami
    • 学会等名
      ECMTB2018
    • 国際学会
  • [学会発表] PKPDVD modeling for multi-drug treatment on HCV infection2018

    • 著者名/発表者名
      Shingo Iwami
    • 学会等名
      KSIAM2018
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Characterizing SHIV infection in vitro and in vivo2018

    • 著者名/発表者名
      Shingo Iwami
    • 学会等名
      SMB&JSMB2018
    • 国際学会

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公開日: 2019-12-27  

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