生命情報学科HP 生命情報学科

詳細な細胞モデルに基づいて組織・臓器の機能を解明する

組織機能解析学研究室

担当教員/天野 晃

生体を構成する個々の要素に関する情報は急速に増大していますが、これらの個々の要素がどのように関係して組織、臓器や個体の機能を実現しているかは未知の部分が多く、今後ライフサイエンス分野の研究の大きな柱になると考えられています。本研究室では、ライフサイエンス分野の研究成果である個々の要素機能を組み合わせてより規模の大きな機能要素のシミュレーションモデルを構築することで、組織や臓器の機能がどのように実現されているかを研究しています。特に、詳細な心筋細胞の電気生理学モデルを用いて大規模な心臓の拍動モデルを構築しており、このモデルを利用して循環系の生理学特性の解析、心臓病態の再現と解析を行っています。

詳細な心筋細胞モデルから構築した左心室拍動モデル

ゲノム情報から生命システムの理解に向けて

情報生物学研究室

担当教員/伊藤 將弘・小島 寿夫

ゲノムサイエンスの究極目標は「生命システムの再構築」です。一方、多くの生物種でゲノム配列の解析が終わっています。すなわち、役者である遺伝子の数がわかったのです。次の目標は、その役者がいつどこでどの役者と一緒に舞台に上がり、どのような「シーン」を演じるのかを調べることです。私は線虫やホヤというモデル生物を用いて、まずは「胚発生」と「糖脂質合成」というシーンに狙いを定めて、情報学と生物学の両面から研究を進めています。ゲノム情報を扱うには、計算機科学が不可欠なのは言うまでもありません。また、まだ生まれて間もない研究分野なので自分が開拓できるという醍醐味があります。

線虫

タンパク質の立体構造と構造形成機構の予測解析とドラッグデザイン

計算生命化学研究室

担当教員/菊地 武司

タンパク質はさまざまな機能を持ち、生命活動において重要な役割を担っています。その多彩な機能とタンパク質の持つ固有の立体構造は密接に関連し、その立体構造はタンパク質のアミノ酸配列によって決まります。アミノ酸配列という1次元情報から如何にして立体構造が形成するかはタンパク質の機能、ひいては生命現象の基本的理解において重要です。本研究室では、タンパク質アミノ酸配列とタンパク質立体構造・機能との関係について研究を行っています。またタンパク質の立体構造情報や機能情報は、医薬品を開発する上でも重要であり、立体構造に基づいたドラッグデザインは医薬設計において標準的な手法となっております。本研究室では、立体構造情報から医薬品を設計する基礎的方法についても研究を行っています。

トリオースリン酸イソメラーゼというタンパク質の立体構造

生体分子の構造と機能の関係を計算科学によって解明する

計算構造生物学研究室

担当教員/髙橋 卓也・永井 哲郎

生体は組織、細胞、細胞内小器官などから構成され、生命現象とは、それら生体組織を構成する膨大な生体高分子の多様な働きを通して実現されています。それら分子の立体構造を決定する基本情報は遺伝子にDNA塩基配列として保存されており、近年遺伝子の配列情報や遺伝子から作られる蛋白質分子の立体構造情報が急速に決定されつつあります。しかし、未だ構造や機能が解明されていない蛋白質も多いのが現状です。本研究室の主な目標は、この蛋白質分子の立体構造や分子間相互作用の解明、そして構造から、いかにして機能が発現されるかの解明にあります。そのための研究手法として、実験データに基づいた物理化学的理論の構築、データベース解析などの情報論的手法や、各種分子シミュレーション、エネルギー計算技術など、様々な手法を用い、具体的な研究ターゲットとしてはモーター分子や様々な蛋白質の複合体などを扱います。

フェリチン分子の3回軸面 約4千鉄原子を内部の空洞に貯蔵し体内の鉄濃度を制御する

生命リズムと生体系の形づくりに関するシステム生物学的研究

システムバイオロジー研究室

担当教員/長野 正道

人間の体はおよそ60兆個の細胞から構成されています。そしてそれらの細胞1個1個の中に生命の設計図であるゲノム情報が収められています。このように巨大な細胞集団を統一システムとして機能させるには、全ての細胞の適切な空間配置、細胞を構成する各部品間の調整、そして細胞集団全体の調整が必須です。この生命システムの調整のカギとなるのが「リズム同期」と「形づくり」です。一方、単細胞生物から人体を構成する細胞まで、進化を反映し、全ての細胞は驚くほど似ています。そこで本研究室では、単細胞生物ではあるが24時間で擬似多細胞動物にも擬似多細胞植物にもなるという細胞性粘菌をモデル生物として採用し、生物実験とコンピューター実験を組み合わせ、システムとしての生命の仕組みの解明を目指しています。

細胞性粘菌のライフサイクル

心筋と膵臓β細胞のモデル構築とその数学的解析

バイオシミュレーション研究室

担当教員/野間 昭典・浅井 智広

私たちの研究室では、コンピュータグラフィックに心臓の収縮や細胞の働き、膵臓β細胞の働きなどが再現されています。これらのコンピュータモデルはいろいろな薬剤、機械的刺激、電気的刺激などをキーボードから入力してやると、あたかも本当の細胞のように、科学的に正しい反応を示してくれます。このモデルは決して単なるアニメーションではなく、これまで世界中の研究者が蓄積してきた研究成果に基づいて研究開発されたものです。ですからこのコンピュータモデルを使っていろいろなシミュレーション解析ができます。たとえば、私たちの心臓リズムがどのようなメカニズムで変化するのか、その仕組みを科学的に示してくれます。しかしこのモデル作成は研究半ばです。これから多くの若い人たちの研究への参加が待ち望まれています。

バイオシミュレータの位置づけ

生物時計と環境応答機構の統括的理解による生命システム研究

生体分子ネットワーク研究室

担当教員/寺内 一姫

ポストゲノム時代である現在、細胞内の生体分子の動きを協調的システムとして捉えることが重要になっています。生物時計は動的な生命システムの代表的な現象であり、多様な生体分子間ネットワークを、時間的に変動する動的システムとして捉えることがその統括的理解に必須です。約27億年前にはすでに地球上に存在したシアノバクテリアは、地球に酸素をもたらし、生命の進化に大きな影響を与え、長い年月をかけ様々な環境に適応して生き延びる戦略を身につけてきました。本研究室では、モデル微生物としてシアノバクテリアを用い、分子遺伝学、生化学、生理学的研究により、細胞内での生体分子の動的システム解析を展開しています。シアノバクテリアの環境適応の仕組みを明らかにし、環境と生命システムの協調を理解することを目指しています。

シアノバクテリア

教員/竹田 有加里

インクレチン刺激による膵β細胞インスリン分泌制御機構の解明。

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