ゲノムを中心として、私たちを含む生命情報のデジタル化が加速しています。そういった「オミクス情報」と言われる包括的なデータから、新しい生物学的知見や有用遺伝子情報を得るには、コンピュータによる解析手法の開発が不可欠です。そこで本研究室では、生物のオミクス情報を解析するAI技術を開発し、予測・設計結果を実験的に実証する研究に取り組みます。生物の対象としては、糸状菌を中心とした微生物を扱い、機能遺伝子の集合である経路の、有用物質生産や廃棄物代謝といった目的に応じた最適化を行います。それにより、循環型社会の実現に貢献することを多角的に目指します。

研究・教育

  生物のゲノム配列には進化の過程が年輪のように刻まれており、進化の結果形成された機能する遺伝子の集まり（クラスター）の情報が保存されています。本研究室では、遺伝子機能を単語に見立ててその並びを自然言語処理技術によって事前学習させ、さらに進化の方向を表すデータセットで追学習させることで、「より進化した」人工遺伝子クラスターを生成する技術の開発に取り組みます。設計した遺伝子クラスターは、バクテリアや糸状菌で異種発現させて機能を実験で検証します。これにより、これまでのように目的の生合成経路をゲノム情報から「見つける」のではなく、「創り出す」方法論を構築することで、新規機能性物質や生物機能を創出します。
  研究・教育方針として、計算と実験の双方を行き来して実施することで、「腑に落ちる」生命情報科学を実践することを掲げます。行うのはどちらか一方でもよいですが、少なくとも双方を理解し議論することで、創発的に新しい領域を開拓していくことを目指します。

研究課題

1. 機械学習による人工遺伝子クラスターの進化的設計と実証
2. 糸状菌ペプチド環化因子の細胞内局在および機能発現機構の解明
3. 糸状菌プロホルモン様遺伝子の形成機構解明

業績

1. 河野智基、梅村舞子 (2024) 自然言語処理技術を用いた人工遺伝子クラスターの設計に向けて. 自然言語処理の導入と活用事例（技術情報協会）、第10節、pp.112-126.
2. S. Yamaguchi, T. Fujioka, A. Yoshimi, T. Kumagai, M. Umemura, K. Abe, M. Machida, K. Kawai. (2023) Discovery of a gene cluster for the biosynthesis of novel cyclic peptide compound, KK-1, in Curvularia clavate. Frontiers in Fungal Biology 3: 1081179.
3. M. Umemura, K. Kuriiwa, L. V. Dao. (2022) Tandem repeats in precursor protein stabilize transcript levels and production levels of the fungal ribosomally synthesized and post-translationally modified peptide ustiloxin B. Fungal Genetics and Biology 160: 103691.
4. H. Takahashi, M. Umemura, A. Ninomiya, Y. Kusuya, M. Shimizu, S. Urayama, A. Watanabe, K. Kamei, T. Yaguchi, D. Hagiwara. (2021) Interspecies genomic variation and transcriptional activeness of secondary metabolism-related genes in Aspergillus section Fumigati. Frontiers in Fungal Biology 2: 656751.
5. M. Umemura, K. Kuriiwa, K. Tamano, Y. Kawarabayasi. (2020) Ustiloxin biosynthetic machinery is not compatible between Aspergillus flavus and Ustilaginoidea virens. Fungal genetics and biology 143: 103434.
6. M. Umemura. (2020) Peptides derived from Kex2-processed repeat proteins are widely distributed and highly diverse in the Fungi kingdom. Fungal Biology and Biotechnology 7: 11.
7. M. Umemura, K. Kuriiwa, L. V. Dao, T. Okuda, G. Terai. (2020) Promoter tools for further development of Aspergillus oryzae as a platform for fungal secondary metabolite production. Fungal Biology and Biotechnology 7: 3.
8. G. K. Reddy, G. H. N. Leferink, M. Umemura, S. T. Ahmed, R. Breitling, N. S. Scrutton, E. Takano. (2020) Exploring novel bacterial terpene synthases. PLoS One 15: e0232220.
9. Y. Ye, A. Minami, Y. Igarashi, M. Izumikawa, M. Umemura, N. Nagano, M. Machida, T. Kawahara, K. Shin-ya, K. Gomi, H. Oikawa. (2016) Unveiling the biosynthetic pathway of the ribosomally synthesized and post-translationally modified peptide ustiloxin B in filamentous fungi. Angewandte Chemie-International Edition 55: 8072-8075.
10. N. Nagano, M. Umemura, M. Izumikawa, J. Kawano, T. Ishii, M. Kikuchi, K. Tomii, T. Kumagai, A. Yoshimi, M. Machida, K. Abe, K. Shin-ya, K. Asai. (2016) Class of cyclic ribosomal peptide synthetic genes in filamentous fungi. Fungal Genetics and Biology 86: 58-70

研究室