研究総括：塩見春彦（慶應義塾大学 医学部 教授）

ＣＲＥＳＴ・さきがけ複合 研究領域

“Large-scale genome synthesis and cell programming”

2

１． 領域が目指すもの

２． 課題 提案例

３． 募集・選考の方針

⚫提案書への記載必須事項⚫CREST⚫さきがけ

４． 領域運営の方針

「ゲノム合成」研究領域

目次

3

ゲノムの動作原理の解明

ゲノムスケールのDNA設計・合成・

細胞の操作技術の開発

“「創って調べて制御する」ライフサイエンス”

「ゲノム合成」研究領域

領域が目指すもの

「ゲノム合成」研究領域

“ 「創って調べて制御する」 ライフサイエンス ”

4

5

「ゲノム合成」研究領域

課題 提案例 ① ゲノムの構造と機能の解明

種分化（その解明に繋がる新技術）

・Mbサイズの種間ゲノムスワップ・オルガノイドの利用

細胞・個体を制御できる人工回路（それに繋がる新技術）

・オプトジェネティクス・ケミカルジェネティクス

6

「ゲノム合成」研究領域

課題 提案例 ① ゲノムの構造と機能の解明

プログラムできる新奇の系の探索：

・生物の多様性が多くのプログラムできる系を生み出した（CRISPR, miRNA, RNAi等）

・探せばもっと見つかるのでは？たとえば、リピートや高可変領域が関与する獲得免疫系の探索

「ゲノム合成」研究領域

課題 提案例 ① ゲノムの構造と機能の解明

• ゲノム配列や遺伝子配置と機能の関係の解明

• 特定のゲノム領域の構造を可視化する技術の開発

• ゲノムの核内での位置取りと動作原理の解明、制御するための新技術の開

発

• ゲノムの複製と分配、安定化システムの解明、そのための新技術の開発

• ゲノムと外界との相互作用（極限環境微生物等）の理解

② ゲノム設計のための基盤技術

ゲノム配列・構造と細胞・個体機能の間に存在する普遍的なルール

7

8

「ゲノム合成」研究領域

課題 提案例 ② ゲノム設計のための基盤技術

DNA合成機

> SynbioATGCAGACGATCGCACAGTATGAGGATATTA...

ゲノムエピゲノムプロテオームメタボロームメタゲノム比較ゲノム：

計算機

生命機能を作り出すDNA文字列を自在に提案するソフトウェア

課題①. 設計に足りない情報を計測する新規実験手法やデータ解析手法

課題④. 生物多様性の拡大

• 深層学習（敵対的生成ネットワークなど）• DNAの物理化学的モデル• DNAレベルからの全分子細胞シミュレーショ

ン

• 極限環境生物の創生• 種分化• これまで生命が持った

ことのない機能の実装

© 2016 DBCLS TogoTV

• 極限環境• クロマチン構造• 糖鎖・脂質• 多細胞化

• リピート領域と細胞機能• 細 胞 内 構 造 （ 液 液 相 分

離）• 環境-生物相互作用

課題③. 長鎖DNA合成

「ゲノム合成」研究領域

課題 提案例 ② ゲノム設計のための基盤技術

9

• DNAの１次配列設計のためにオミクスデータ、ＡＩ等を使った設計アルゴリ

ズムやソフトウェアの開発

• ゲノム起動プログラムの予測・モデル化・シミュレーション

• 異種ゲノムを起動させる技術開発のためのモデル構築やシミュレーション

• 特定のゲノム領域の機能を計測と計算により解明する研究

• 比較ゲノム研究などを用いた増殖や発生、種分化を規定するゲノム領域の解明

③ ゲノムスケールのDNA合成技術デザイン 構築

（最終的に1/1,000~1/10,000）

「ゲノム合成」研究領域

課題 提案例 ③ ゲノムスケールのDNA合成技術

10

DNA合成の現状：

求められるDNA合成：

化学合成 100塩基〜200塩基程度酵素合成 数10K塩基程

化学合成 1K塩基以上酵素合成 1M塩基

高精度化コスト 従来法の1/100程度

（最終的に1/1,000~1/10,000）

「ゲノム合成」研究領域

課題 提案例 ③ ゲノムスケールのDNA合成技術

11

• 生物や有機化学などを用いたより長く正確な長鎖DNAの合成法の開発

• 長鎖DNAの合成を目指したDNAアセンブリの新技術の開発

• 長鎖DNAの合成を目指した人工染色体・人工核酸の開発

• 長鎖DNAの操作・解析のための細胞の操作・捕捉・破砕やDNA回収を

行うデバイスの開発

• 新規染色体・ゲノム移植技術とそのための新技術の開発

• 染色体や長鎖DNAを扱うための革新的技術を生み出す理論的研究

構築 試験・学習 ④ 人工細胞の構築

12

「ゲノム合成」研究領域

課題 提案例 ④ 人工細胞の構築

人工細胞：・すべてを合成して（de novo）、分裂増殖する細胞の創生

・エネルギーを生産し、変異を生み出し、進化するシステム

・共同行動 (シグナルを送り、シグナルに反応する 連絡を取り合う細胞集団)

たとえば、クマムシの遺伝子（群）をヒトの細胞に導入して新しい表現型を作り出す

まるごと移植する：・特殊な機能（移動、貪食、共生、特殊形態等）を丸ごと移植した細胞の創生

13

「ゲノム合成」研究領域

課題 提案例 ④ 人工細胞の構築

細胞（細菌）の再プログラム化：・biofibers/biofilms・bioplastics/bio-degrading plastics・biodiesel/fuel・microbe-made electricity・bio-purifying the sewage・bio-detecting chemicals/heavy metals・bio-data storage/memory/computing・その他いろいろ

14

• 複製し、増殖する人工細胞の構築

• 広範囲のゲノムや染色体の導入・改変による新規細胞の開発

• 長鎖DNAを細胞に導入する技術やそのための新技術の開発

• DNAを細胞小器官に正確に導入するための技術やそのための新技術の開発

• 汎用性の高い、長鎖DNAの導入に適した細胞の開発

• 細胞を構成する要素を人工的に合成する技術やそのための新技術の開発

• 生物（細胞）進化を加速する新技術の開発

• 導入したゲノムの発現を可能にする技術の開発

「ゲノム合成」研究領域

課題 提案例 ④ 人工細胞の構築

「ゲノム合成」研究領域

募集・選考の方針

15

● 領域に対する具体的な貢献

● 期間中の明確な達成目標

● 提案分野のボトルネックとそれに対するアプローチ

● 手法の独創性（同様の技術との比較）

● 実現性を示す予備的データ

提案書への記載必須事項

「ゲノム合成」研究領域

募集・選考の方針

16

【CREST】

・①、②、③、④を組み合わせた１チーム２〜３グループで

の提案

・ １課題のみを少人数の単独のグループでの提案

※①〜④のすべての課題を含む必要はありません

５年半以内

・総額１．５億円程度の小規模タイプ

・総額３億円程度の中規模タイプ

・総額５億円程度の大規模タイプ

（構成）

（研究期間）

（研究予算）

「ゲノム合成」研究領域

募集・選考の方針

17

①、②、③、④の課題が対象

３年半以内

総額４千万円以内

（構成）

（研究期間）

（研究予算）

※最大２年間の延長を認める場合あり

【さきがけ】

18

「ゲノム合成」研究領域

領域運営の方針

● 情報集約情報の集積拠点を整備する可能性を検討

● 国際連携国際コンソーシアムとの情報共有や成果発信

● ＥＬＳＩ人文社会科学系の研究者と課題へ対応

● 人財育成

中堅研究者、シニア及び若手研究者の相互交流