佐藤ライブ予測制御プロジェクト

National award number：JPMJER1303
Study period：2013 - 2018
Organization (1)：
Principal investigator： ( , バイオサイエンス研究科/-, 教授/客員研究員 )
DOI： https://doi.org/10.52926/JPMJER1303
Research overview：

生命を分子機械論的に理解することを目標にして、これまでの生物学は、複雑な生命現象の素過程とそこでの個々の分子の機能を明らかにしてきました。しかしながら、生命現象の多くは確率論的な振る舞いをすることから、個々の細胞はもちろん、それらを統合した組織や臓器、個体などの環境に対する適応や恒常性の維持と破綻を、高い精度で予想することにはこれまで限界がありました。本研究領域は、生体内の個々の細胞の分子シグナルネットワークの計測データに基づいて、生命システムの将来変動を予測し、その予測に基づいて同時進行で人為的制御を行う「ライブ予測制御」の実現を目指します。具体的には、ゼブラフィッシュをモデルとして、遺伝学的手法やライブイメージング技術を駆使し、血管パターン形成の変動にともなう組織や臓器の代謝調節機能の変動を決定する因子を同定、そしてその動態変動の基盤にある作動原理をあぶりだし、将来の代謝変動を予測する数理モデルを構築します。さらに、数理モデルを基盤として、気象学や地球惑星科学の分野でライブ予測に用いられるシミュレーション手法を応用し、生命動態の「ライブ予測制御」に必要な数理学的手法を開発します。酸素と栄養の取り込みと、その代謝は生物の生存にとって不可欠な機能です。血管はそれらの物質循環に中心的な役割を果たしており、最適な血管網が生体内の各臓器・組織への効率的な物質運搬を支えています。この血管の形成に応答した各臓器・組織の代謝変動を、数理学的手法を用いて統合的に理解することができれば、環境に応答した生体システムの変化の将来予測が可能となり、それを人為的に制御することが可能になると期待されます。さらに本研究を通じて、生命のようなソフトでゆらぎの多い複雑系に適用可能な新しいタイプの数理モデル・シミュレーション手法が創出され、その技術は生命科学、予防医学、人らしいロボティクス制御工学、人にやさしい真のユビキタス社会工学、気象学、地球惑星科学、情報通信といった幅広い領域において革新的な予測制御技術の開発へと応用展開されると期待されます。