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情報通信技術に革新をもたらす量子情報処理の実現に向けた技術基盤の構築
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教育における課題を踏まえた、人の生涯に亘る学習メカニズムの脳科学等による解明
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新たな手法の開発等を通じた先端的な計測・分析機器の実現に向けた基盤技術の創出
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メディア芸術の創造の高度化を支える先進的科学技術の創出
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安全・安心な社会を実現するための先進的統合センシング技術の創出
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通信・演算情報量の爆発的増大に備える超低消費電力技術の創出
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次世代高精度・高分解能シミュレーション技術の開発
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代謝調節機構解析に基づく細胞機能制御に関する基盤技術の創出
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光の究極的及び局所的制御とその応用
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生命システムの動作原理の解明と活用のための基盤技術の創出
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高セキュリティ・高信頼性・高性能を実現する組込みシステム用の次世代基盤技術の創出
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異種材料・異種物質状態間の高機能接合界面を実現する革新的ナノ界面技術の創出とその応用
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ナノデバイスやナノ材料の高効率製造及びナノスケール科学による製造技術の革新に関する基盤の構築
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社会的ニーズの高い課題の解決へ向けた数学/数理科学研究によるブレークスルーの探索(幅広い科学技術の研究分野との協働を軸として)
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精神・神経疾患の診断・治療法開発に向けた高次脳機能解明によるイノベーション創出
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高信頼・高安全を保証する大規模集積システムの基盤技術の構築
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新原理・新機能・新構造デバイス実現のための材料開拓とナノプロセス開発
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細胞リプログラミングに立脚した幹細胞作製・制御による革新的医療基盤技術の創出
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最先端レーザー等の新しい光を用いた物質材料科学、生命科学など先端科学のイノベーションへの展開
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プロセスインテグレーションによる次世代ナノシステムの創製
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持続可能な社会に向けた温暖化抑制に関する革新的技術の創出
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花粉症をはじめとするアレルギー性疾患・自己免疫疾患等を克服する免疫制御療法の開発
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人間と調和する情報環境を実現する基盤技術の創出
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異分野融合による自然光エネルギー変換材料及び利用基盤技術の創出
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神経細胞ネットワークの形成・動作の制御機構の解明
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気候変動等により深刻化する水問題を緩和し持続可能な水利用を実現する革新的技術の創出
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戦略目標
生命システムの動作原理の解明と活用のための基盤技術の創出
1.名称
生命システムの動作原理の解明と活用のための基盤技術の創出
2.具体的な達成目標
本戦略目標は複雑な生命システムの動作原理を検証可能な程度に理解し、検証過程で創出されるツールやソフトウエアなどが医療、バイオエンジニアリングなどの分野で活用される基盤技術となることを目標とする。
具体的な達成目標としては、以下のような研究開発例が挙げられる。
(ア)
生命システムを制御する動作原理を明らかにするためのモデル系。
(イ)
生命システムの分子機構の動特性を把握するためのイメージング、網羅的解析などの計測・測定技術。
(ウ)
生命システムの時空間動態の計算機シミュレーション技術。
(エ)
これらの基盤技術を活用した薬剤、ワクチンや生物生産技術、疾患の予防、診断、治療技術や生体機能の解明に資する技術。
3.目標設定の背景及び社会経済上の要請
ヒト・ゲノム計画が終了した後、世界的にその成果を医療やバイオテクノロジーなどに向けたイノベーションにつなげていくことが喫緊の課題となっている。一方、医療の分野では一つの遺伝子が原因となって発症する疾病について、血友病など主要なものはその原因遺伝子の解明がなされつつあるが、例えば、がんや生活習慣病といった複数の遺伝子や環境要因が関与する疾患については、複雑に関係する機能分子からなる生命システムのどのような振る舞いが疾病の原因につながるのかを研究する方法論が充分ではなく、その開発と効果的な治療法への応用に対する要請は高まっている。
本戦略目標は生命システムを構成する機能分子の時空間動態の解析により動作原理を明らかにして、その成果を疾患の予防、診断、治療やバイオエンジニアリングなどにおいてイノベーションの創出につなげることを狙いとするものである。例えば、作用メカニズムがある程度判っている複数の薬剤の時間的特性変化の解析から複数の薬剤投与シミュレーションや診断や治療に有効な新規なバイオマーカーの探索などが期待され、代謝機能の制御メカニズムの解明により生物生産に利用する微生物や植物等を利用した効率的な生産法の開発などが期待される。既に、例えば、心臓に対する複数の薬剤の反応性のシミュレーション技術が英国ケンブリッジ大学で開発され、米国FDAにおいて安全性試験への使用が許可されている。しかしながら、このような生命システムの動作原理の解明と活用を可能とする技術はまだ少なく、その開発が望まれている。
4.目標設定の科学的裏付け
21世紀における生物・医学研究においては、ゲノムからスタートして細胞や器官、個体や個体間など様々なレベルで生命現象を統合的に理解する研究の方向性が重要となっている。このため、数理モデル、生命機能の再構築、シミュレーションなどの様々な研究アプローチが試みられており、それらの中でも、今回の目標に係る生命システムの研究はモデル化、イメージング、シミュレーション、網羅的解析などの研究アプローチが組み合わさった手法であり、生体機能を理解し、制御するための定量性と予測性を実現することを狙いとする研究領域である。このような研究領域は従来のライフサイエンス研究の手法に加えて、理論生物学、計算科学、数学、物理学などの知識を必要とし、また、新たな計測・測定技術、微細加工技術、コンピュータなどの新しいツールを必要とする。特に後者はライフサイエンスエンジニアリングのイノベーションにつながる技術やソフトウエアを創成するものと期待されている。
生命システムの研究の歴史は比較的浅いが、日欧米でほぼ同時期に研究が始まっている。米国では政府、民間レベルでの研究が急速に進展しており、欧州でもEU及び独、スイス、英国で研究プロジェクトが推進されている。日本は米国についで優位な状況にあるが、政府レベルの研究推進施策が欧米に比べて十分でない状況が伺われる。本分野の研究を推進し、かつ、分野全体の研究人材の育成や研究推進のための活動(国際会議の主催など)を同時に推進することにより、我が国の科学・技術の国際的地位の向上にもつながるものと期待される。
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研究領域
研究総括
生命システムの動作原理と基盤技術
中西 重忠
((財)大阪バイオサイエンス研究所 所長)
本研究領域は、生命システムの動作原理の解明を目指して、新しい視点に立った解析基盤技術を創出し、生体の多様な機能分子の相互作用と作用機序を統合的に解析して、動的な生体情報の発現における基本原理の理解を目指す研究を対象とします。
具体的には、近年の飛躍的に解析が進んだ遺伝情報や機能分子の集合体の理解をもとに、細胞内、細胞間、個体レベルの情報ネットワークの機能発現の機構、例えば生体情報に特徴的な非線形で動的な反応機構などを、新しい視点に立って解析を進めることによって生命システムの統合的な理解をはかる研究を対象とします。
さらには、生体情報の発現の数理モデル化や新しい解析技術の開発など基盤技術の創成を目指した研究も対象としますが、生命現象の実験的解析と融合した研究を重視するものです。
(所属・役職は、平成22年3月時点のものです。)
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上村 匡
(京都大学大学院生命科学研究科 教授)
「器官のグローバルな非対称性と一細胞の極性をつなぐ機構の解明」
(327kb)
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影山 龍一郎
(京都大学ウイルス研究所 教授)
「短周期遺伝子発現リズムの動作原理」
(544kb)
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黒田 真也
(東京大学大学院理学系研究科 教授)
「シグナル伝達機構の情報コーディング」
(394kb)
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濱田 博司
(大阪大学大学院生命機能研究科 教授)
「生物の極性が生じる機構」
(259kb)
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森 郁恵
(名古屋大学大学院理学研究 教授)
「行動を規定する神経回路システム動態の研究」
(619kb)
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上田 昌宏
(大阪大学大学院生命機能研究科 特任教授)
「細胞における確率的分子情報処理のゆらぎ解析」
(303kb)
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近藤 孝男
(名古屋大学大学院理学研究科 教授)
「シアノバクテリアの概日システム」
(399kb)
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塩見 美喜子
(慶應義塾大学医学部 准教授)
「RNAサイレンシングが司る遺伝子情報制御」
(242kb)
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中山 敬一
(九州大学生体防御医学研究所 主幹教授)
「ユビキチンシステムの網羅的解析基盤の創出」
(371kb)
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