宿主免疫および集団免疫をかいくぐり繁栄するウイルスの生存戦略を解く

2020 年度 実績報告書

• 研究領域: ネオウイルス学：生命源流から超個体、そしてエコ・スフィアーへ
• 研究課題/領域番号: 19H04839
• 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)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 異分野融合生物学 / 数理モデル / コンピューターシミュレーション / 定量的データ解析

研究実績の概要

「ネオウイルス学」前期に実施した研究により、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ので、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。その結果、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。興味深いのは、宿主免疫の標的になっていないにも関わらず、非抗原決定基にインフルエンザウイルスの進化の歴史が同様に刻まれている点であった。さらに、準備した抗原決定および非抗原決定基それぞれの配列に対して、正の自然選択を受けたサイトの検出を行い、相互情報量とDirect-coupling methodを組み合わせることで、共進化している可能性があるサイトを多角的に探索した。

また、「ネオウイルス学」前期に申請者らが開発に着手した進化シミュレータを改良することでA/T/G/Cの4文字からなる疑似配列を高速に生成できる定量的シミュレータ（配列進化シミュレータ）の実装に取り組んだ。抽出された配列の進化速度や「進化ルール」を再現できるようにシミュレータのパラメータや適応度関数を決定した。この時、生成した擬似配列データは、ウイルス進化動態を記述する真の時系列データとして利用することができ、BEASTなどの既存のソフトウェアで集団遺伝学的解析および分子系統解析によって配列の進化速度や淘汰圧の定量化が行えた。さらに、シミュレータの設定を変化させることで「進化ルール」の頑強性を網羅的に分析し、アライメント法による実配列データとの比較や強化学習を応用した配列進化パターンの効果的な予測等も行った。

現在までの達成度 (段落)

令和2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2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] UNSW(オーストリア)
  • 国名: オーストリア
  • 外国機関名: UNSW
• [国際共同研究] Pusan University(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: Pusan University
• [国際共同研究] ICL/Oxford University(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: ICL/Oxford University
• [国際共同研究] Indiana University/Los Alamos National Laboratory(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Indiana University/Los Alamos National Laboratory
• [国際共同研究] INSERM(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: INSERM
• [雑誌論文] Modeling HIV multiple infection (2021)
  • 著者名/発表者名: Guo Ting、Qiu Zhipeng、Kitagawa Kosaku、Iwami Shingo、Rong Libin
  • 雑誌名: Journal of Theoretical Biology 巻: 509 ページ: 110502～110502
  • DOI: 10.1016/j.jtbi.2020.110502
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Quantifying antiviral effects against simian/human immunodeficiency virus induced by host immune response (2021)
  • 著者名/発表者名: Oda Takafumi、Kim Kwang Su、Fujita Yasuhisa、Ito Yusuke、Miura Tomoyuki、Iwami Shingo
  • 雑誌名: Journal of Theoretical Biology 巻: 509 ページ: 110493～110493
  • DOI: 10.1016/j.jtbi.2020.110493
  • 査読あり
• [雑誌論文] Required concentration index quantifies effective drug combinations against hepatitis C virus infection (2021)
  • 著者名/発表者名: Kakizoe Yusuke、Koizumi Yoshiki、Ikoma Yukino、Ohashi Hirofumi、Wakita Takaji、Iwami Shingo、Watashi Koichi
  • 雑誌名: Theoretical Biology and Medical Modelling 巻: 18 ページ: 4
  • DOI: 10.1186/s12976-020-00135-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] A quantitative model used to compare within-host SARS-CoV-2, MERS-CoV, and SARS-CoV dynamics provides insights into the pathogenesis and treatment of SARS-CoV-2 (2021)
  • 著者名/発表者名: Kim Kwang Su、Ejima Keisuke、Iwanami Shoya、Fujita Yasuhisa、Ohashi Hirofumi、Koizumi Yoshiki、Asai Yusuke、Nakaoka Shinji、Watashi Koichi、Aihara Kazuyuki、Thompson Robin N.、Ke Ruian、Perelson Alan S.、Iwami Shingo
  • 雑誌名: PLOS Biology 巻: 19 ページ: 3001128～3001128
  • DOI: 10.1371/journal.pbio.3001128
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Direct Evidence of Abortive Lytic Infection-Mediated Establishment of Epstein-Barr Virus Latency During B-Cell Infection (2021)
  • 著者名/発表者名: Inagaki Tomoki、Sato Yoshitaka、Ito Jumpei、Takaki Mitsuaki、Okuno Yusuke、Yaguchi Masahiro、Masud H. M. Abdullah Al、Watanabe Takahiro、Sato Kei、Iwami Shingo、Murata Takayuki、Kimura Hiroshi
  • 雑誌名: Frontiers in Microbiology 巻: 11 ページ: 575255
  • DOI: 10.3389/fmicb.2020.575255
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] モデル駆動型とデータ駆動型の融合アプローチによる定量的データ解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 岩見真吾
  • 学会等名: 2020年度日本数理生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] COVID-19の数理科学 (2020)
  • 著者名/発表者名: 岩見真吾
  • 学会等名: 情報計算化学生物学会2020年大会
  • 招待講演
• [備考] 異分野融合生物学研究室
  • URL: https://iblab.bio.nagoya-u.ac.jp/