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【概要】
株式会社国際電気通信基礎技術研究所(以下「ATR」、本社：京都府相楽郡精華町、代表取締役社長　平田康夫)佐藤匠徳特別研究所の佐藤匠徳所長及び小沢哲研究技術員は、「細胞のかたち」から、「その細胞がいつ分裂するか」をライブ(実時間/リアルタイム)で予測する手法を開発しました。本研究は、私たちが目指す、より複雑なシステム－たとえばヒトを含む生物個体－における次世代診断・予防・先制治療の基礎となる技術(ライブ予測制御技術)を開発するための基盤となるものです。この成果は、Scientific Reports誌(電子版：英国時間2016年9月6日AM10:00公開)に掲載されます。

【背景】
私たちヒトを含めた生物の体は、多数かつ多様な単一の細胞の集まりです。これらの細胞は、刻一刻と変わる状況に応じてその状態をダイナミックに変化させます。ひとつの細胞がふたつになる「細胞分裂」は細胞が行うダイナミックな現象のひとつです。生体組織の細胞の中から分裂する少し前の細胞を選んで操作・観察することは、その組織がどのように変化していくのかを議論する上で重要な指針となります。では、細胞が持つ何らかの情報から、「細胞がいつ分裂するか」をリアルタイムで言い当てることができるでしょうか。これまでは、実験者が自身の経験や知識から分裂前の細胞を選定していましたが、正しく選定出来ることはそう多くはありませんでした。今回私たちは、モデル生物のひとつであるゼブラフィッシュの細胞を対象として、細胞のかたちから当該細胞がいつ分裂するかを高精度で予測することができる方法を開発しました。


【研究内容】
私たちは、「細胞がいつ分裂するか」という問題に対して、コンピュータサイエンスの立場から取り組みました。すなわち、2.5分毎に撮影したゼブラフィッシュの細胞の撮影画像から、刻一刻と変化するあるひとつの細胞のかたちを読み取り、「ベイズ推定」と呼ばれる手法論を組み合わせて細胞の分裂時間の予測を行いました(図１参照)。本手法においては、過去の予測データを現在の予測プロセスに組み込むことで、高精度に分裂時間の予測を行うことが出来ます。また、予測に使うデータを現在の細胞のかたちのデータと過去の予測データのふたつに絞ることで、細胞のかたちを撮影した時刻から分裂までの時間を、次の画像を撮影し終わるまでの2.5分の間に予測することができました。ベイズ推定は検索エンジンや自動翻訳に使われている言語処理、物体認識や超解像技術に使われている画像処理を始めとして、コンピュータサイエンスの世界では広く使われている方法です。今回の私たちの研究により、ダイナミックな生命現象の「次」をリアルタイムで予測するツールとして、ベイズ推定が役立つことがわかりました。

【今後の展望】
今後は、本手法を大規模化および完全オートメーション化することにより、効率よく多数の細胞の分裂までの時間を同時に予測出来るようになると考えています。また、細胞集団の中から、今まさに変化しようとしている稀な細胞を抜き出すこともできるようになります。細胞の分裂は生命の変化の基本になるものです。本研究は、より高次な対象、例えば臓器レベルや動物個体レベルにおけるライブ予測制御技術を開発するための重要な足がかりになります。

【論文情報】
Scientific Reports誌(電子版：英国時間2016年9月6日AM10:00公開)
Kozawa, S. et al. Real-time prediction of cell division timing in developing zebrafish

【用語解説】

• ベイズ推定：ある観測からそれに関連する事象を確率的に推定する手法。今回の場合であれば細胞のかたちから細胞が分裂するまでの時間がt になる確率を全ての時間について計算することで推定を行っている。

【研究グループ】
本研究はATR佐藤匠徳特別研究所 JST ERATO佐藤ライブ予測制御プロジェクトの小沢哲研究技術員(こざわさとし)、赤沼啓志連携研究員(あかぬまたかし)、佐藤哲大連携研究員(さとうてつお)、佐藤能臣研究員(さとうやすおみ)、池田和司客員研究員(いけだかずし)、JST ERATO佐藤ライブ予測制御プロジェクト研究総括 佐藤匠徳特別研究所長(さとうなるとく)の研究成果です。
*(　　)内は氏名のよみを表記。

【研究サポート】
本成果は、科学技術振興機構戦略的創造研究推進事業(ERATO)によって得られました。

【図1】


【お問い合わせ先】
・研究に関するお問い合わせ
　　　　(株)国際電気通信基礎技術研究所(ATR)　佐藤匠徳特別研究所　森江
　　　　E-Mail：t-morie@atr.jp
　　　　TEL：0774-95-2312
・報道全般、ATR全般に関するお問い合わせ
　　　　(株)国際電気通信基礎技術研究所(ATR)　経営統括部　企画
　　　　E-Mail：kikaku@atr.jp
　　　　TEL：0774-95-1176