【研究分野】進化生物学

【研究領域課題番号】15H04407 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

進化 / 軍拡競争 / RNA / 寄生体 / 共進化 / 宿主 / 実験進化 / 生命の起源 / 生命の初期進化 / RNA複製

【研究成果の概要】

本研究は試験管内でＲＮＡとタンパク質から構築したＲＮＡ複製システムと、そこに自然発生する寄生体ＲＮＡを共進化させることで、宿主と寄生体の進化プロセスを理解することを目的とした。実際に進化実験を行った結果、まず宿主ＲＮＡが寄生体ＲＮＡに対して耐性を進化させ、その後、寄生体ＲＮＡがそれに対して適応する進化を起こすことを見出した。この結果は、試験管内ＲＮＡ複製システムで宿主と寄生体間の進化的な軍拡競争が起きたことを示す。このシステムは単純な実験モデルとして宿主と寄生体の共進化プロセスの詳細な理解に役に立つだろう。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】16,380千円 (直接経費: 12,600千円、間接経費: 3,780千円)

【研究分野】構成的システム生物学

【研究領域課題番号】15KT0080 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

RNA / 進化 / 生命の起源 / 協力関係 / 共進化 / 実験進化 / 協力関係の進化 / 分子進化 / 自己複製RNA / 協力 / 複製 / NDK / ハイパーサイクル / 再構成 / RNA複製 / 生命の初期進化 / 翻訳システム

【研究成果の概要】

本研究では、どうやって原始的な自己複製RNAが機能を増やして複雑化しえたのかを明らかにするために、2種類の異なる機能を持ち、2種類が協力しないとどちらも増えないようなRNAを設計し、実際に長期進化実験を行うことにより、RNA間の協力関係がどうやったら維持され、さらに発展していくのかを検証した。その結果、重要なのは細胞のような区画構造と、その中の平均的なRNA濃度、さらにRNAの希釈頻度であることを理論的および実験的に示した。本研究成果により、原始のRNA複製体が協力関係を維持して機能を増やしていくための条件を明らかにすることができた。

【研究の社会的意義】

単純な化合物からどうやって生命が生まれたのかは、人類に課された大きな謎のひとつである。本研究では、原始の生命体の実験モデルをつくってみて、実際に試験管内で進化させてみることにより生命誕生の秘密を明らかにすることを試みた。生命がうまれるためには多くの機能を進化させる必要があり、そのためには異なる機能を持ったRNAが協力して働く必要があると言われている。本研究ではどうやったらRNA間の協力関係が安定になるのかを明らかにすることができた。本研究結果は、生命が誕生するための条件としてRNAの濃度や攪拌の程度が重要だと示した。この結果により、生命の誕生場の条件を絞り込むことができるだろう。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2015-07-10 - 2020-03-31

【配分額】17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)

【研究分野】感性情報学・ソフトコンピューティング

【研究領域課題番号】12F02351 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

人工生命 / 生命の起源 / 進化 / 化学反応ネットワーク / サイバネティクス / 自己触媒反応 / 進化ダイナミクス / 創発

【研究成果の概要】

化学反応からみた生命の起源、進化の理論、環境の影響ということについて、深く研究が進行し大変有益であった。具体的には、１）大域的なフィードバックが環境からある場合の小さな自己触媒反応系を計算し、いくつかの条件ではむしろパラサイト的な反応がないと全部死に絶えることがわかった。２）ペプチドモデルにおいてモノマー同志は結合できないという制約のもとで、自己触媒性が出現する化学反応ネットワークの条件を提出できた。これはALIFE国際会議2014でのベストペーパーとなった。この他にも、HCN分子の重合に関する化学実験を行い、プリミティブな結果を得た。これはミュラー・ウーリの実験のミニマル版である。

【研究種目】特別研究員奨励費

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】1,600千円 (直接経費: 1,600千円)

【研究分野】進化生物学

【研究領域課題番号】23687034 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

進化 / 人工ゲノム / 実験進化 / RNAゲノム / ダーウィン進化 / 人工細胞 / 生命の起源 / 自己複製 / 無細胞翻訳系 / エマルション

【研究成果の概要】

生命がどのように進化してきたのかはほとんどわかっていない。その原因の一つは、初期生命を模した実験モデルが存在していなかったことにある。そこで本研究では、初期生命を機能的に模擬した単純なゲノム複製システムを構築した。そしてそのシステムに自発的な進化能を付与することに成功した。このシステムを用いることにより、単純なゲノム複製システムがどうやって現在の生命のような複雑なシステムへ進化しうるのかを実験的に確かめることができるようになるだろう。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2011-04-01 - 2014-03-31

【配分額】23,400千円 (直接経費: 18,000千円、間接経費: 5,400千円)

【研究分野】進化生物学

【研究領域課題番号】19657073 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

生命の起源 / 合成生物学 / 試験管内選択 / 遺伝暗号 / mRNAディスプレイ法 / ライブラリー / 配列空間 / 進化

【研究成果の概要】

本研究では、独自の試験管内選択技術であるin vitro virus (IVV)法を用いて、「原始的」アミノ酸を含む、限定された数種類のアミノ酸からなる大規模なランダム配列タンパク質ライブラリーを構築し、その中から機能や構造をもつ配列の探索を行う。これにより、タンパク質や遺伝暗号の初期進化の可能性に関する「実験進化学」的アプローチを試みるとともに、「20種類よりも少ないアミノ酸からなる限定された配列空間を探索する」というアイデアが、新しい機能タンパク質の効率的な探索法として有効か否か検証することを目的とする。ランダム配列として、コドンの2文字目と3文字目の塩基をN(4種類の塩基の混合)とし、コドンの1文字目の塩基をGまたはAに限定した合成DNAを用いて、12種類のアミノ酸からなるランダム配列を設計した。コントロールとして、コドンの1文字目の塩基もNとした20種類すべてのアミノ酸からなるランダム配列も準備した。SH3ドメインの約半分をこれらのランダム配列で置換したライブラリーをそれぞれ作製し、SH3ドメインの基質ペプチドへの結合能を指標として試験管内選択を行った。その結果、アミノ酸の種類を限定した場合と20種類すべてを用いた場合とで、いずれもスクリーニングの3ラウンド目で結合能をもつ配列の濃縮が確認されたことから、2つのライブラリーはアミノ酸の種類に関わらずほぼ同程度の機能配列を含んでいることが示唆された。現在、得られたタンパク質を大量発現・精製して、アミノ酸の種類によって結合能以外の物性に違いがあるか詳細に検討中である。

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2007 - 2008

【配分額】3,600千円 (直接経費: 3,600千円)