生物応用班

昆虫に備わる多様性と機能、それらの秘密に迫ることをミッションとして研究を進めています。具体的には、昆虫（コオロギなど）を主な研究対象として、季節の変化に適応する「休眠」の機構から、コオロギのゲノム解析（Kataoka et al. 2020; Sanno et al. 2021; Kataoka et al. 2022）、その性分化のメカニズムの探求、コオロギの腸内細菌叢解析（Hirata et al. 2023）、深層学習によりコオロギの行動パターンを追跡する技術の開発（Hayakawa et al. 2024）、食品・飼料原料としての調査研究や応用研究など、幅広いテーマで研究を進めています。これらの研究を通じて、昆虫が持つ未知の機能への理解を通じて応用法を開発し、新たなバイオリソースとしての可能性を探ることを目指しています。

研究室では、ロングリードシークエンシング技術に基づいた染色体スケールのゲノムアセンブリ構築技術、メタゲノムショットガン解析、トランスクリプトーム解析、プロテオーム解析、シングルセル解析などを使用しています。さらに、深層学習を活用した行動・姿勢推定技術（フェノーム解析）も取り入れることで、多階層のマルチオミクス解析まで展開しています。 また、公共データベースを用いた解析手法も積極的に取り入れ、研究の効率を高めています。

私たちは、これらの研究テーマに興味を持つ学生や研究者と共に、昆虫の神秘に迫る研究を切り拓いています。これらの活動を通じて、未知なる生命の秘密を解き明かし、その知識を人類の福祉に役立てるための研究を進めていきましょう。

これら研究は、内閣府ムーンショット型農林水産研究開発事業「昆虫利用型食料生産コンソーシアム」（https://if3-moonshot.org/）のもとで進めています。

[1] Dossey, A. T., Oppert, B., Chu, F.-C., Lorenzen, M. D., Scheffler, B., Simpson, S., Koren, S., Johnston, J. S., Kataoka, K., & Ide, K. (2023). Genome and Genetic Engineering of the House Cricket (Acheta domesticus): A Resource for Sustainable Agriculture. Biomolecules, 13(4), 589. DOI: 10.3390/biom13040589

[2] Hasan, M. M., Rahman, M. M., Kataoka, K., Yura, K., Faruque, M. O., Shadhen, F. R., & Mondal, M. F. (2021). Edible wild field cricket (Brachytrupes portentosus) trading in Bangladesh. Journal of Insects as Food and Feed, 7(8), 1255–1262. DOI: 10.3920/JIFF2020.0163

[3] Hamdi, F. A., Kataoka, K., Arai, Y., Takeda, N., Yamamoto, M., Mohammad, Y. F. O., Ghazy, N. A., & Suzuki, T. (2023). An octopamine receptor involved in feeding behavior of the two-spotted spider mite, Tetranychus urticae Koch: a possible candidate for RNAi-based pest control. Entomologia Generalis, 43(1), 89–97. DOI: 10.1127/entomologia/2023/1808

[4] Hayakawa, S., Kataoka, K., Yamamoto, M., Asahi, T., & Suzuki, T. (2024). DeepLabCut-based daily behavioural and posture analysis in a cricket. Biology Open, 13(4). DOI: 10.1242/bio.060237

[5] Hirata, K., Asahi, T., & Kataoka, K. (2023). Spatial and Sexual Divergence of Gut Bacterial Communities in Field Cricket Teleogryllus occipitalis (Orthoptera: Gryllidae). Microbial Ecology, 86(4), 2627–2641. DOI: 10.1007/s00248-023-02265-z

[6] Kataoka, K., Minei, R., Ide, K., Ogura, A., Takeyama, H., Takeda, M., Suzuki, T., Yura, K., & Asahi, T. (2020). The Draft Genome Dataset of the Asian Cricket Teleogryllus occipitalis for Molecular Research Toward Entomophagy. Frontiers in Genetics, 11, 470. DOI: 10.3389/fgene.2020.00470

[7] Kataoka, K., Togawa, Y., Sanno, R., Asahi, T., & Yura, K. (2022). Dissecting cricket genomes for the advancement of entomology and entomophagy. Biophysical Reviews, 14(1), 75–97. DOI: 10.1007/s12551-021-00924-4

[8] Murata, K., Kataoka, K., Sanno, R., Satomura, K., Ogura, A., Asahi, T., Yura, K., & Suzuki, T. (2023). Complete mitochondrial genome sequences of two ground crickets, Dianemobius fascipes nigrofasciatus and Polionemobius taprobanensis (Orthoptera: Grylloidea: Trigonidiidae). Mitochondrial DNA Part B, 8(12), 1311–1315. DOI: 10.1080/23802359.2023.2285400

[9] Sanno, R., Kataoka, K., Hayakawa, S., Ide, K., Nguyen, C. N., Nguyen, T. P., Le, B. T. N., Kim, O. T. P., Mineta, K., Takeyama, H., Takeda, M., Sato, T., Suzuki, T., Yura, K., & Asahi, T. (2021). Comparative Analysis of Mitochondrial Genomes in Gryllidea (Insecta: Orthoptera): Implications for Adaptive Evolution in Ant-Loving Crickets. Genome Biology and Evolution, 13(10). DOI: 10.1093/gbe/evab222

老化の普遍的なメカニズムを解明し、その進行に抗う新たな方法を開発することをミッションとしています。研究の主軸は、カンナビノイド受容体が神経細胞や筋細胞の機能にどのように影響を与えるか（Kataoka et al. 2020）、そしてこれらの細胞がどのようにして老化に関連する機械的ストレスに応答するのかを探ることです。さらに、哺乳類の脳血管系を構成する細胞における老化機構を詳細に分析し、これらが持つ共通点と独自の特徴を明らかにしています。 また、研究ツールとして細胞培養表面の開発なども実施しています（Mori et al. 2023）。

これらの研究を実施するために、細胞培養技術を始め、ゲノム編集ツールCRISPR-Cas9、伸展培養系を用いた実験、そしてシングルセルRNA-seq解析などを活用して、細胞レベルでの詳細なデータを取得しています。また、バイオインフォマティクスや公共データベースの解析を通じて、大量のデータから有意義な情報を抽出し、新しい知見を導き出します（Sato et al. 2023）。

研究室では、このような高度な研究テーマに興味を持つ学生や共同研究者が集い、未来の医療や健康増進に貢献するための研究を進めています。老化という自然現象に挑み、人々の生活の質を向上させるための知識と技術を獲得しましょう。

[1] Kataoka, K., Bilkei-Gorzo, A., Nozaki, C., Togo, A., Nakamura, K., Ohta, K., Zimmer, A., Asahi, T. (2020) Age-dependent Alteration in Mitochondrial Dynamics and Autophagy in Hippocampal Neuron of Cannabinoid CB1 Receptor-deficient Mice. Brain Res. Bull. 160, 40-49. DOI: 10.1016/j.brainresbull.2020.03.014

[2] Mori, K., Kataoka, K., Akiyama, Y., & Asahi, T. (2023). Covalent Immobilization of Collagen Type I to a Polydimethylsiloxane Surface for Preventing Cell Detachment by Retaining Collagen Molecules under Uniaxial Cyclic Mechanical Stretching Stress. Biomacromolecules. DOI: 10.1021/acs.biomac.3c00669

[3] Sato, Y., Asahi, T., & Kataoka, K. (2023). Integrative single-cell RNA-seq analysis of vascularized cerebral organoids. BMC Biology, 21(1), 245. DOI: 10.1186/s12915-023-01711-1