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2018 Fiscal Year Annual Research Report

Survival strategy of a cell; intra- and inter-species interaction analysis by barcode tchnology in Escherichia coli

Research Project

Project/Area Number 16H02485
Research InstitutionNara Institute of Science and Technology

Principal Investigator

森 浩禎  奈良先端科学技術大学院大学, データ駆動型サイエンス創造センター, 教授 (90182203)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 山田 守  山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (30174741)
川野 光興  川崎医科大学, 医学部, 講師 (00455338)
松野 浩嗣  山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (10181744)
片岡 正和  信州大学, 学術研究院工学系, 准教授 (90332676)
牧 泰史  大阪医科大学, 医学部, 講師 (60401733)
田村 武幸  京都大学, 化学研究所, 准教授 (00437261)
大橋 菜摘 (斎藤菜摘)  鶴岡工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (50287546)
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords大腸菌 / 分子バーコード / population dynamics / 混合培養 / 遺伝的相互作用 / CRISPRi / 必須遺伝子
Outline of Annual Research Achievements

20塩基のランダム配列を分子バーコードとして導入した欠失株ライブラリーを完成した。これを利用し、長期定常状態および非致死濃度の薬剤などの化学物質を含む培地における混合培養液中の各欠失株の個体数変動をモニターする方法を確立した。一見変動がほとんど無いように思える長期定常状態培養中も、遺伝的背景の違う細胞株がダイナミックにその細胞数を増減させていると考えられている。この変動を、約3700遺伝子の全欠失株を3週間にわたり個体数変動を経時的に定量した。方法は、混合培養液から細胞を回収し、その細胞のゲノムDNAからバーコード領域のみをPCRで回収し、次世代型シーケンサーで各欠失株のバーコード頻度をカウントする。次に細胞毒性を持つ薬剤や化学物質を含む培地中での欠失株の変動解析を同様の方法で行なった。遺伝子と各種薬剤との相互作用解析の新たな手法として、細胞毒性の分子機構解明に対して非常に有効であることを実証した。一方、これまで二重欠失株による遺伝的相互作用解析を進めてきたが、必須遺伝子に関する遺伝的相互作用解析は、欠失株が存在しないので進めることができていなかったが、CRISPRiによる必須遺伝子の発現抑制株を作製し遺伝的相互作用解析を可能にした。24の必須遺伝子を選択し、CRISPRiによる必須遺伝子の発現抑制株を作製し、その株と非必須遺伝子全セットとの組合せを、接合により網羅的に組合わせることで必須遺伝子と非必須遺伝子との遺伝的相互作用解析手法の開発とその解析を進めた。さらに代謝関連遺伝子の遺伝的相互作用解析を最小培地M9培地による相互作用解析により進めた。現在は、ゲノムレベルのモデルによるシミュレーションと実測で食い違いのある代謝関連遺伝子約150の遺伝子候補から開始し、4000遺伝子欠失株との網羅的二重欠失株の構築とその生育への影響を最小培地で解析を進めた。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (23 results)

All 2019 2018 Other

All Int'l Joint Research (4 results) Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 5 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 2 results) Remarks (1 results) Funded Workshop (1 results)

  • [Int'l Joint Research] School of Engineering/University of California(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      School of Engineering/University of California
  • [Int'l Joint Research] The Novo Nordisk Foundation Center/Technical University of Denmark(デンマーク)

    • Country Name
      DENMARK
    • Counterpart Institution
      The Novo Nordisk Foundation Center/Technical University of Denmark
  • [Int'l Joint Research] Systems Microbiology/European Molecular Biology Laboratory(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      Systems Microbiology/European Molecular Biology Laboratory
  • [Int'l Joint Research] Institute of Agrobiotechnology(スペイン)

    • Country Name
      SPAIN
    • Counterpart Institution
      Institute of Agrobiotechnology
  • [Journal Article] Grid-based computational methods for the design of constraint-based parsimonious chemical reaction networks to simulate metabolite production: GridProd2019

    • Author(s)
      Tamura, T.
    • Journal Title

      BMC Bioinformatics

      Volume: 19 Pages: 325

    • DOI

      10.1186/s12859-018-2352-6

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Identification of YbhA as the pyridoxal 5'-phosphate (PLP) phosphatase in Escherichia coli: Importance of PLP homeostasis on the bacterial growth2018

    • Author(s)
      Sugimoto, R. Saito, N. Shimada, T. Tanaka, K.
    • Journal Title

      J Gen Appl Microbiol

      Volume: 63 Pages: 362-368

    • DOI

      10.2323/jgam.2017.02.008

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Update of thermotolerant genes essential for survival at a critical high temperature in Escherichia coli2018

    • Author(s)
      Murata, M. Ishii, A. Fujimoto, H. Nishimura, K. Kosaka, T. Mori, H. Yamada, M.
    • Journal Title

      PLoS One

      Volume: 13 Pages: e0189487

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0189487

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Extensive impact of non-antibiotic drugs on human gut bacteria2018

    • Author(s)
      Maier, L. Pruteanu, M. Kuhn, M. Zeller, G. Telzerow, A. Anderson, E. E. Brochado, A. R. Fernandez, K. C. Dose, H. Mori, H. Patil, K. R. Bork, P. Typas, A.
    • Journal Title

      Nature

      Volume: 555 Pages: 623-628

    • DOI

      10.1038/nature25979

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] A cAMP/CRP-controlled mechanism for the incorporation of extracellular ADP-glucose in Escherichia coli involving NupC and NupG nucleoside transporters2018

    • Author(s)
      Almagro, G. Viale, A. M. Montero, M. Munoz, F. J. Baroja-Fernandez, E. Mori, H. Pozueta-Romero, J.
    • Journal Title

      Sci Rep

      Volume: 8 Pages: 15509

    • DOI

      10.1038/s41598-018-33647-w

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 大腸菌におけるSulA依存性溶菌に関与する遺伝子の解明、Elucidation of the genes responsible for SulA-dependent2019

    • Author(s)
      大田菜都子、大澤歩、高坂智之、山田守
    • Organizer
      日本農芸化学会2019年度大会
  • [Presentation] シンポジウム「多次元速度論からの生物の理解」2018

    • Author(s)
      森 浩禎
    • Organizer
      第91回日本生化学会大会
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 大域代謝モデルのペトリネット制御シミュレーションによるジオキシー現象解析. (シンポジウム:生物医学におけるトップダウンとボトムアップアプローチの共同)2018

    • Author(s)
      松野 浩嗣
    • Organizer
      化学工学会第50回秋季大会
  • [Presentation] 有用物質を生産・増産する準最適な代謝流束均衡モデルのデザイン2018

    • Author(s)
      田村 武幸
    • Organizer
      日本生物工学大会
  • [Presentation] 有用化合物を生産・増産する代謝ネットワークを設計するアルゴリズム2018

    • Author(s)
      田村 武幸
    • Organizer
      情報処理学会バイオ情報学研究会
  • [Presentation] トキシン-アンチトキシン遺伝子を活用した多剤耐性菌の生育抑制法の開発2018

    • Author(s)
      川野 光興, 齊藤 峰輝
    • Organizer
      第91回日本細菌学会総会
  • [Presentation] 大腸菌の複数の遺伝子発現を同時に制御できるアンチセンスRNA2018

    • Author(s)
      川野 光興, 齊藤 峰輝
    • Organizer
      第12回日本ゲノム微生物学会年会
  • [Presentation] トキシン-アンチトキシン遺伝子を活用した多剤耐性菌の生育抑制法の開発2018

    • Author(s)
      川野 光興, 齊藤 峰輝
    • Organizer
      第91回日本細菌学会総会
  • [Presentation] Simulation analysis of diauxic shift in Escherichia coli using a large scale metabolic network model2018

    • Author(s)
      Masashi Kubota, Koumei Arima, Ayaka Sugii, Manabu Sugii, Hiroshi Matsuno
    • Organizer
      The 23rd International Technical Conference on Circuit/System, Compmuters and Communications
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Understanding the thermotolerant mechanisms in mesophilic bacteria: essential genes for survival at critical high temperature and physiological and genetical characteristics of thermo-adapted mutants from ethanologenic bacterium2018

    • Author(s)
      Tomoyuki Kosaka
    • Organizer
      Final Joint Seminar of CCP
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Boolean modeling of metabolic networks: application to the phosphotransferase system2018

    • Author(s)
      Keita Kouyama, Hiroshi Matsuno, Adrien Faure
    • Organizer
      The 23rd International Technical Conference on Circuit/System, Compmuters and Communications
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Identification and characterization of Escherichia coli small, noncoding RNAs2018

    • Author(s)
      Mitsuoki Kawano
    • Organizer
      Seminar at University of Parma
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Remarks] GenoBase

    • URL

      http://ecoli.naist.jp

  • [Funded Workshop] annual Meeting of Systems and Synthetic Bacteriology2018

URL: 

Published: 2019-12-27  

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