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2011 年度 実績報告書

ラボオートメーションを活用した大腸菌人工進化実験による適応進化ダイナミクスの解析

研究課題

研究課題/領域番号 23680030
研究機関大阪大学

研究代表者

古澤 力  大阪大学, 大学院・情報科学研究科, 准教授 (00372631)

キーワード進化 / 微生物 / 生体生命情報学 / マイクロアレイ / 次世代シーケンサ
研究概要

本研究は、人工進化過程における微生物の表現型・遺伝子型の変化を高精度に解析することにより、適応進化のダイナミクスを担うメカニズムの根源に迫ることを目的としている。23年度は、ラボオートメーションを用いた自動培養システムの構築を行った。テスト培養として、大腸菌MDS42株を親株とした400時間程度の植え継ぎ培養を行い、M9合成培地において比増殖速度が20%程度上昇した株の取得に成功した。現在、高pH・低pH・高ブタノール濃度・高浸透圧のそれぞれの環境ストレスを加えた環境下での植え継ぎ培養を行っている。この植え継ぎ実験により、これらの環境ストレスへの耐性株を取得した後に、次世代シーケンサを用いたゲノム変異解析とマイクロアレイを用いた網羅的発現解析を用いて、その表現型・遺伝子型変化のダイナミクスを解析する。
加えて、先行研究における進化実験で取得したエタノール耐性大腸菌株について、その表現型・遺伝子型変化の詳細な解析を行った。まず、キャピラリー電気泳動質量分析器(CE-MS)を用いて細胞内の代謝物質濃度の定量を行ったところ、独立の進化実験で得られた複数の耐性株において共通の代謝状態の変化が起こっていることが確認された。また、マイクロアレイ解析を用いて、遺伝子発現プロファイルの時系列を取得したところ、複数の耐性株において共通の発現変化の軌跡を描いていることが示された。次世代シーケンサによる変異解析の結果はゲノム変異において耐性株間で共通性が低いことが確認されており、これらの結果から、ゲノム変異に依らない、長い時間スケールを持つ適応ダイナミクスの存在が示唆された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

ラボオートメーションによる自動培養システムの構築については、機器トラブルも生じたが、現在ではそれらの問題は解決し、データを取得できる状態までのセットアップが完了している。また、エタノール耐性大腸菌株の解析については、高精度の大自由度データの取得に成功しており、今後の解析によって適応進化ダイナミクスの新たな理解が進むと期待できる。

今後の研究の推進方策

24年度は、自動培養システムによって取得した複数のストレス耐性大腸菌株について、次世代シーケンサによるゲノム変異解析とマイクロアレイによる発現解析を行い、その適応進化ダイナミクスについての詳細なデータを取得する。また、今年度に示唆されたゲノム変異に依らない適応進化ダイナミクスについては、ゲノムメチル化などのエピジェネティクスの機構による表現型変化の可能性を実験的に解析することにより、その理解を試みる。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2012 2011 その他

すべて 学会発表 (8件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [学会発表] 大腸菌の人工進化実験を用いた適応進化ダイナミクスの解析2012

    • 著者名/発表者名
      古澤力
    • 学会等名
      第85回日本細菌学会総会
    • 発表場所
      長崎ブリックホール(長崎県)(招待講演)
    • 年月日
      2012-03-29
  • [学会発表] Comprehensive analysis of adaptation process under ethanol stress in Escherichia coli2011

    • 著者名/発表者名
      堀之内貴明
    • 学会等名
      第34回日本分子生物学会年会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県)
    • 年月日
      2011-12-14
  • [学会発表] Development of automatic expeerimental evolution system using laboratory auto mation system2011

    • 著者名/発表者名
      源晃明
    • 学会等名
      第34回日本分子生物学会年会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県)
    • 年月日
      2011-12-14
  • [学会発表] Comprehensive analysis of evolution dynamics in Escherichia coli from parallel experimental evolutions under ethanol stress condition2011

    • 著者名/発表者名
      Takaaki Horinouchi
    • 学会等名
      International Symposium on SYNTHESIZING LIFE AND BIOLOGICAL SYSTEMS
    • 発表場所
      Life Science Center, Osaka, Japan
    • 年月日
      2011-10-25
  • [学会発表] Multi-omics analysis of evolved Escherichia coli strains under ethanol stress revealed slow adaptation dynamics2011

    • 著者名/発表者名
      堀之内貴明
    • 学会等名
      日本生物物理学会第49回年会
    • 発表場所
      兵庫県立大学(兵庫県)
    • 年月日
      2011-09-18
  • [学会発表] エタノールストレス環境下の進化実験により得られた大腸菌のゲノムワイドな変異解析と遺伝子発現解析2011

    • 著者名/発表者名
      堀之内貴明
    • 学会等名
      化学工学会第43回秋季大会
    • 発表場所
      名古屋工業大学(愛知県)
    • 年月日
      2011-09-15
  • [学会発表] 進化実験によって得られたエタノール耐性大腸菌株の網羅的表現型・遺伝子型解析2011

    • 著者名/発表者名
      古澤力
    • 学会等名
      日本進化学会第13回大会
    • 発表場所
      京都大学百周年時計台記念館(京都府)
    • 年月日
      2011-07-31
  • [学会発表] Genome-Wide resequencing and expression analyses of evolved Escherichia Coli strains under ethanol stress2011

    • 著者名/発表者名
      Chikara Furusawa
    • 学会等名
      Society for Molecular Biology and Evolution(SMBE2011)
    • 発表場所
      Kyoto University, Kyoto (Japan)(招待講演)
    • 年月日
      2011-07-28
  • [図書] 高等研報告書1005生物進化の持続性と転移(研究代表者津田一郎)2011

    • 著者名/発表者名
      古澤力, 堀之内貴明, 清水浩
    • 総ページ数
      19-29
    • 出版者
      第2章大腸菌の長期植え継ぎ培養における表現型・遺伝子型の網羅的解析
  • [備考]

    • URL

      http://www-shimizu.ist.osaka-u.ac.jp/furusawa/index.html

URL: 

公開日: 2013-06-26  

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