生命現象は、自然科学における最も重要かつ魅力的研究課題の一つである。 我々は、生命現象を化学分子の現象として捉え、分子のことばで説明しようとする分子生物化学の立場で基礎と応用を両輪にして研究を行っている。 ヒトなどを含む真核生物が示す高次な様々な現象を対象に、生命の担い手である遺伝子とタンパク質とそれらを包み込む細胞における様々な生命情報の伝達とその相互作用の機構を網羅的に解明し、高等真核生物の高次生命現象の本質に迫ろうとしている。 一方、得られた基礎的研究の成果をいち早く実用化し、人類の発展と福祉に役立つ応用研究にも展開している。

 具体的には、タンパク質の分子構造と細胞の機能発現の動的相関の基礎解析を行う。 また、ゲノム情報を活用して、細胞の潜在的機能の分子発掘と開拓(細胞表層工学など)を行う。 さらに、分子バイオテクノロジー(コンビナトリアル・バイオエンジニアリング、ナノ・バイオテクノロジーなど)の高度で先端的なバイオテクノロジーの研究により、生命現象を分子レベルで理解するとともに、応用から一歩踏み込んだ実用へと研究を発展させている。

研究内容をあらわすキーワード:
 細胞分子生物化学・分子生理工学・細胞表層工学・コンビナトリアルバイオエンジニアリング・ナノバイオテクノロジー


主要研究テーマ


1. 高次生命現象の分子レベルの解析
 ヒトをふくむ高等真核生物の生命現象の基になる生命情報の伝達システムは、きわめて多くの分子による複雑な物理的・化学的プロセスが絡み合って成り立っている。 これらの解析に、ゲノム解明の進むいくつかのモデル真核生物細胞やタンパク質を用いて、従来の生化学的手法に加えて、新しい網羅的な解析手法を導入して分子レベルで解明しようとしている。

キーワード: 微生物、酵母、キノコ、ミヤコグサ、ショウジョウバエ、線虫、培養細胞、マウス、ヒト、初期化細胞、情報伝達、窒素固定、DNAチップ、遺伝子ノックアウト、ノックダウン、トランスクリプト−ム、プロテオーム、メタボローム、トランスオミックス解析、リン酸化タンパク質、 ncRNA、ラジカルスカベンジャー、ストレス応答、エージング、クロマチン構造変動解析、発生、形態形成、関節リウマチ、脊椎形成、脳発達、五感、分子耐性、分子共生、クオラムセンシング、感染症、シングルセル解析、構成的遺伝学、ゲノム編集

2. 生物機能の拡大(生物機能の無限性)
 生物のもつ機能を様々な分野で応用するため、生命現象の基礎的理解に基づいてゲノム情報を改変し、生物が元来潜在的にもっている能力を発掘して引き出したり、新しい機能を賦与したりする研究を展開している。 その一つの手法として、タンパク質のもつアドレス情報を活用した「細胞表層工学」を世界に先駆けて確立し、これまでになかった概念を導入した多くの新しい細胞を創成してきている。 さらなる展開として、「コンビナトリアル・バイオエンジニアリング」というライフサイエンス研究にこれまでになかった新しい分野を樹立し、ナノ・テクノロジーなどの異分野との融合によるナノ・バイオテクノロジーの世界を創造し、ゲノム情報を超えた新しい機能性タンパク質や細胞などの創成に挑戦している。

キーワード: 細胞表層工学、分子耐性工学、分子生態学、コンビナトリアル・バイオエンジニアリング、ナノ・バイオテクノロジー、合成生物学、代謝デザイン、バイオマスデザイン、バイオマスリファイナリー、バイオ燃料創製、レアメタル回収、水素キャリアの生産、ワクチン、地球環境保全、水資源、環境浄化、海洋資源保全・開発、細胞センサ−、バイオフィルム、抗体医薬、タンパク質工学、糖鎖工学、ポストゲノム、細胞チップ、プロテインライブラリー、プロテオーム創薬、ハイスル−プットシステム、トランスオミックス解析、マイクロHPLC&MS、デザインタンパク質医薬、ミトコンドリア工学、人工細胞創成、データサイエンス(AIとの融合)

有用微生物の創出・生命現象の理解・新規バイオ研究ツールの開発(黒田グループ)
 ストレス耐性の向上など有用機能を付与した微生物を創出しつつ、トランスオミックス解析により耐性機構を分子レベルで解明しようとしている。ゲノム情報に基づいて細胞表層機能を自在にデザインする「細胞表層工学」技術を確立するとともに、代謝工学・合成生物学・分子耐性工学に基づき広範な分野への応用を展開している。また、ほとんど全ての生命現象にとって重要な役割を果たす転写の人工的制御技術の開発、ゲノムDNAだけでなくミトコンドリアDNAをターゲットとした新規核酸編集技術の開発に取り組んでいる。

キーワード: 酵母、大腸菌、クロストリジウム、根粒菌、分子耐性工学、細胞表層工学、代謝工学、合成生物学、適応進化、環境バイオテクノロジー、バイオリファイナリー、資源回収、窒素固定、トランスオミックス解析、変異体ライブラリー、人工転写因子、クロマチン構造制御、ゲノム編集、ミトコンドリアエンジニアリング


オミックスデータと機械学習の統合による高次生命現象の理解(青木グループ)
 高次生命現象は、さまざまな生物学的システムが複雑に相互作用しあう結果として創発する。このような生命現象を理解するためには、仮説を立てずに網羅的にオミックスデータを蓄積し、そこから特徴を抽出する方法論が有効である。当研究室では、神経ネットワーク構造や遺伝子ネットワーク構造を研究対象に、機能的セロミクスや構成的遺伝学などの新しい方法論を提唱しながら、より深い理解を目指して研究を進めている。

キーワード:脳、神経ネットワーク、意識、学習、網羅的解析、バイアスフリー解析、オプトジェネティクス、機械学習、ディープラーニング、人工細胞、構成的遺伝学、合成生物学




異分野との交流と融合による新しい分子生物化学の世界を開拓


・この我々の新しい概念をもとに、外国(アメリカ、韓国、中国、タイなど)、本大学、他大学、高専、官研究機関、企業の方々との共同研究が多数進行拡大中で、色々な人が出入りする研究室です。

・バイオロジーの基礎研究とバイオテクノロジーの基盤技術の開拓、さらにその社会への還元もめざし、研究成果を社会で眼に見える形にしていきます。「CREST」や「さきがけ」などの国家プロジェクトにも採択。

・開発した技術と特許をもとに、バイオベンチャーも設立し、運営にも積極的に参画しています。

・「バイオ計測」など地域産業の活性化やヘルスケアにも積極的に提言と実践を行っています。

・市民への啓蒙活動も積極的に推進しています。「京都バイオ計測センター」設立(2011年7月)に貢献。

・放送大学で「バイオテクノロジー」授業も開講。