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DEPARTMENT OF Biosystems ScienceLAB. OF Mathematical Biology

数理生物学分野

教授 望月 敦史 教授 Professor

望月 敦史 
Atsushi Mochizuki

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MESSAGE FROM THE LAB

生命の複雑なシステムを統合的に理解するために、数学や計算機シミュレーションなどの理論的手法を用いて、生命現象に取り組んでいます。

MEMBER

教授
望月 敦史
Atsushi Mochizuki
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特定准教授
岡田 崇
Takashi Okada
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特定准教授
境 祐二
Yuji Sakai
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RESEARCH

生命システムの理論的解明

生命科学における分子レベルの解明は現在目覚しく進み、その情報量の増加はとどまることを知りません。高次な生命現象の多くが、分子や細胞などの要素が複雑に相互作用しあうネットワークに支配され、そのシステム全体から機能が生まれることが明らかとなってきました。我々は増加し続ける情報を処理し、複雑なシステムに統合的な理解を与えるために、数理科学などの理論的手法を用いて、生命現象に取り組んでいます。理論的手法を用いることで、複雑に見えるシステムに対しても、それを支配する単純な法則を導くことができます。我々は、実験生物学者との共同研究を積極的に進めており、予測検証の繰り返しによって展開する、新しい生物学の構築をめざしています。特に近年力を入れている課題は、生命の複雑なネットワークシステムの動態を解明する理論です。我々が開発した構造理論により、生体分子の相互作用の関係性の情報(ネットワーク)だけから、様々な力学的性質が予測できます。我々の理論と、実験的な計測、操作を組み合わせることで、複雑な生命システムのダイナミクスを解明し、その動作原理に迫ります。

ホヤの細胞運命決定をつかさどる遺伝子ネットワーク

「リンケージロジック」により、ダイナミクスを代表する少数の遺伝子が決定された。赤丸で囲った遺伝子の振る舞いを観測/制御するだけで、システム全体の振る舞いを観測/制御できることが、数学的に保証される。

バクテリア(大腸菌)の中心代謝系の反応ネットワーク

矢印は化学反応による物質の変化を示す。矢印に添えられた数字は化学反応の区別、矢印の両端の文字列は化学物質を示す。色は下図に対応。

「構造感度解析」が明らかにした代謝調節のモジュール・階層構造

各酵素の活性変化により濃度変化を示す物質は、ネットワーク上で有限範囲にとどまり、階層性を示す。またその範囲や階層性は、ネットワーク構造のみによって決まる。グラフは酵素調節がもたらすパターンをまとめている。各ボックス下部の数字は酵素活性が変化する反応を示し、それぞれのボックスおよび下方に伸びる矢印の先にある全てのボックス内の化学物質名が、その酵素変化によって調節される代謝物質を示す。

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