2014 Fiscal Year Annual Research Report
文字列集合からの逐次データ同化によるインフルエンザウイルスの抗原変異予測
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25280080
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
伊藤 公人 北海道大学, 人獣共通感染症リサーチセンター, 教授 (60396314)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | インフルエンザ / ワクチン / データ同化 / 変異予測 / 粒子フィルタ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，インフルエンザに対するワクチン株を先回りして準備するために，人の集団免疫と感染およびウイルスの遺伝子変異の過程の状態空間モデルを構築し，文字列の集合に対する逐次データ同化により，ウイルス遺伝子配列の実データから，近い将来におこるウイルス遺伝子上の変異を予測する手法を開発し，さらに，実際に観測される変異と予測結果を照合して，予測の精度および状態空間モデルを評価することを目的とする。
(1) 理論生物学分野のQuasi-species 理論と，数理疫学分野の感染症流行モデルを融合し，これらを統一的に扱う新規モデルの構築を継続した。数理疫学分野の感染症流行モデルとして，より妥当な解釈ができるよう数理モデルを改良した。
(2) 非線形状態空間モデルに基づき，感染・免疫・変異の大規模並列シミュレーションシステムを実装し，高速化の為の検討を行った。
(3) 実際に観測されるウイルスの遺伝子配列から現在の集団免疫の状態を推定するために，TajimaのDの利用について検討し，感染宿主によりDの値が大きく異なることを明らかにした。
(4) 観測データからデータ同化により，次の変異と感染・免疫状態，すなわち，次の流行規模を予測するシミュレータの開発を継続し，Ensemble Kalmanフィルタの導入を導入した。
(5) 数理モデル，シミュレータ，データ同化により、将来の遺伝子配列の候補を計算した。数理モデルで予測した結果を過去に起こった変異と比較し，シミュレーションによるモデルの妥当性の検討に着手した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究課題は，研究期間内に，1) ウイルスの遺伝子変異および感染・免疫の状態空間モデル，2) 感染・免疫・変異の大規模並列モンテカルロシミュレーションシステムの実装，3) ウイルスのアミノ酸配列の観測データから人の集団の感染・免疫状態を予測する方法，4) ウイルスのアミノ酸配列の観測データから次の変異と流行規模を予測する方法，5) 実際に観測される変異と予測結果の照合による予測精度および状態空間モデルの評価について研究することを目的とする。上記1)～5)に挙げたうち，モデル構築の改良，シミュレーションシステムの実装，データ同化法の確立，予測結果の検討は順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
文字列の集合に対する逐次データ同化により，ウイルス遺伝子配列の実データから，近い将来におこるウイルス遺伝子上の変異を予測する。安定した予測結果を得る為に，平成26年度に改良した数理モデルをもとに，実際に観測される変異と予測結果を照合して、予測の精度および状態空間モデルの評価を継続する。
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| Causes of Carryover |
平成26年度に予定していた国際発表を平成27年度に変更した為、次年度に使用する。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成27年度の国際会議発表の旅費に充てる。
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Research Products
(11 results)
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[Journal Article] A nairovirus isolated from African bats causes haemorrhagic gastroenteritis and severe hepatic disease in mice2014
Author(s)
Ishii A, Ueno K, Orba Y, Sasaki M, Moonga L, Hang'ombe BM, Mweene AS, Umemura T, Ito K, Hall WW, Sawa H
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Journal Title
Nat Commun
Volume: 5
Pages: 5651
DOI
Peer Reviewed
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