KIGA, Daisuke

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Affiliation

Faculty of Science and Engineering, School of Advanced Science and Engineering

Job title

Professor

Homepage URL

http://www.f.waseda.jp/kiga/

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Concurrent Post 【 display / non-display 】

  • Faculty of Science and Engineering   Graduate School of Advanced Science and Engineering

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Research Institute 【 display / non-display 】

  • 2020
    -
    2022

    理工学術院総合研究所   兼任研究員

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Degree 【 display / non-display 】

  • 東京大学   博士(理学）

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Research Experience 【 display / non-display 】

  • 2016.04
    -
    Now

    Waseda University   Faculty of Science and Engineering

  • 2005.04
    -
    2016.03

    Tokyo Institute of Technology   Interdisciplinary Graduate School of Science and Engineering

  • 2004.09
    -
    2005.03

    The University of Tokyo   Graduate School of Arts and Sciences

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Research Areas 【 display / non-display 】

  • Biophysics

  • System genome science

  • Life, health and medical informatics   生命情報

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Research Interests 【 display / non-display 】

  • 合成生物学

  • 人工遺伝子回路

  • 遺伝暗号

  • 人工進化

  • タンパク質合成

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Papers 【 display / non-display 】

  • A magic 20 chase using artificial evolution with engineered genetic codes

    木賀大介

    生化学   93 ( 3 )  2021

    J-GLOBAL

  • A Highly Bioactive Lys-Deficient IFN Leads to a Site-Specific Di-PEGylated IFN with Equivalent Bioactivity to That of Unmodified IFN-α2b.

    Takashi Imada, Koji Moriya, Masahiko Uchiyama, Naoto Inukai, Mitsuhiro Hitotsuyanagi, Akiko Masuda, Takehiro Suzuki, Shotaro Ayukawa, Yo-Ichi Tagawa, Naoshi Dohmae, Michinori Kohara, Masayuki Yamamura, Daisuke Kiga

    ACS synthetic biology   7 ( 11 ) 2537 - 2546  2018.11  [Refereed]  [International journal]

    　View Summary

    Although conjugation with polyethylene glycol (PEGylation) improves the pharmacokinetics of therapeutic proteins, it drastically decreases their bioactivity. Site-specific PEGylation counters the reduction in bioactivity, but developing PEGylated proteins with equivalent bioactivity to that of their unmodified counterparts remains challenging. This study aimed to generate PEGylated proteins with equivalent bioactivity to that of unmodified counterparts. Using interferon (IFN) as a model protein, a highly bioactive Lys-deficient protein variant generated using our unique directed evolution methods enables the design of a site-specific di-PEGylated protein. Antiviral activity of our di-PEGylated IFN was similar to that of unmodified IFN-α2b. The di-PEGylated IFN exhibited 3.0-fold greater antiviral activity than that of a commercial PEGylated IFN. Moreover, our di-PEGylated IFN showed higher in vitro and in vivo stability than those of unmodified IFN-α2b. Hence, we propose that highly bioactive Lys-deficient proteins solve the limitation of conventional PEGylation with respect to the reduction in bioactivity of PEGylated proteins.

    DOI PubMed

  • 生命の暗号を書き換える

    木賀大介

    現代化学     35 - 40  2018.09  [Invited]

    Authorship：Lead author, Last author, Corresponding author

  • General applicability of synthetic gene-overexpression for cell-type ratio control via reprogramming.

    Kana Ishimatsu, Takashi Hata, Atsushi Mochizuki, Ryoji Sekine, Masayuki Yamamura, Daisuke Kiga

    ACS synthetic biology   3 ( 9 ) 638 - 44  2014.09  [Refereed]  [International journal]

    　View Summary

    Control of the cell-type ratio in multistable systems requires wide-range control of the initial states of cells. Here, using a synthetic circuit in E. coli, we describe the use of a simple gene-overexpression system combined with a bistable toggle switch, for the purposes of enabling the wide-range control of cellular states and thus generating arbitrary cell-type ratios. Theoretically, overexpression induction temporarily alters the bistable system to a monostable system, in which the location of the single steady state of cells can be manipulated over a wide range by regulating the overexpression levels. This induced cellular state becomes the initial state of the basal bistable system upon overexpression cessation, which restores the original bistable system. We experimentally demonstrated that the overexpression induced a monomodal cell distribution, and subsequent overexpression withdrawal generated a bimodal distribution. Furthermore, as designed theoretically, regulating the overexpression levels by adjusting the concentrations of small molecules generated arbitrary cell-type ratios.

    DOI PubMed

  • Experimental evolution of a green fluorescent protein composed of 19 unique amino acids without tryptophan.

    Akio Kawahara-Kobayashi, Mitsuhiro Hitotsuyanagi, Kazuaki Amikura, Daisuke Kiga

    Origins of life and evolution of the biosphere : the journal of the International Society for the Study of the Origin of Life   44 ( 2 ) 75 - 86  2014.04  [Refereed]  [International journal]

    　View Summary

    At some stage of evolution, genes of organisms may have encoded proteins that were synthesized using fewer than 20 unique amino acids. Similar to evolution of the natural 19-amino-acid proteins GroEL/ES, proteins composed of 19 unique amino acids would have been able to evolve by accumulating beneficial mutations within the 19-amino-acid repertoire encoded in an ancestral genetic code. Because Trp is thought to be the last amino acid included in the canonical 20-amino-acid repertoire, this late stage of protein evolution could be mimicked by experimental evolution of 19-amino-acid proteins without tryptophan (Trp). To further understand the evolution of proteins, we tried to mimic the evolution of a 19-amino-acid protein involving the accumulation of beneficial mutations using directed evolution by random mutagenesis on the whole targeted gene sequence. We created active 19-amino-acid green fluorescent proteins (GFPs) without Trp from a poorly fluorescent 19-amino-acid mutant, S1-W57F, by using directed evolution with two rounds of mutagenesis and selection. The N105I and S205T mutations showed beneficial effects on the S1-W57F mutant. When these two mutations were combined on S1-W57F, we observed an additive effect on the fluorescence intensity. In contrast, these mutations showed no clear improvement individually or in combination on GFPS1, which is the parental GFP mutant composed of 20 amino acids. Our results provide an additional example for the experimental evolution of 19-amino-acid proteins without Trp, and would help understand the mechanisms underlying the evolution of 19-amino-acid proteins. (236 words).

    DOI PubMed

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Books and Other Publications 【 display / non-display 】

  • 自然計算へのいざない

    小林, 聡, 萩谷, 昌己, 横森, 貴, 山村, 雅幸, 木賀, 大介, 礒川, 悌次郎, Peper, Ferdinand, 西田, 泰伸, 角谷, 良彦, 本多, 健太郎, 青野, 真士

    近代科学社  2015.11 ISBN: 9784764904880

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Industrial Property Rights 【 display / non-display 】

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Awards 【 display / non-display 】

  • JSPS Prize

    2016.02  

  • 竹田国際貢献賞

    2015.08   武田理化工業（株）   合成生物学と社会の関わりの調整についての国際貢献

    Winner： 木賀大介

    　View Summary

    日本学術会議からの付託を受けて、国際学術団体がNature誌で広報することになる合成生物学に関するコメントの策定

  • 工学教育賞

    2014.03   日本工学教育協会   国際学生コンテストを通じた多分野共同型の次世代生物工学教育

    Winner： 山村雅幸, 木賀大介, 瀧ノ上正浩, 小宮健

  • ナイスステップな研究者（人材育成部門）

    2012.12   文部科学省 科学技術・学術政策研究所   iGEM（国際遺伝子工学マシン競技会）を通して次代を担う研究者の育成を牽引

    Winner： 木賀大介

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Research Projects 【 display / non-display 】

  • 生命に現在の20種類の標準アミノ酸は必要か:遺伝暗号改変による理工学アプローチ

    基盤研究(A)

    Project Year :

    2019.04
    -
    2022.03
     

    木賀 大介, 村田 昇

  • 遺伝暗号における正確さの向上と低下がもたらす進化上のトレードオフの理解と活用

    Project Year :

    2018
    -
    2019
     

    木賀大介

    Authorship： Principal investigator

  • 細胞集団内で遺伝子発現が空間分布により多様化されるための諸要素の相関の解明

    Project Year :

    2016
    -
    2018
     

    木賀大介

    Authorship： Principal investigator

  • 動物細胞における複数人工遺伝子回路の組み合わせのシステム理論の確立と実践

    Project Year :

    2015
    -
    2018
     

    鮎川翔太郎

  • グローバルな感染症等生物学的脅威を巡る新たな紛争ランドスケープの研究

    Project Year :

    2015
    -
    2018
     

    齋藤智也

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Presentations 【 display / non-display 】

  • Designing Life

    Daisuke Kiga

    Gordon Research Conference Origins of Life 

    Presentation date： 2016

  • 19 and 21 amino acid genetic codes

    Daisuke Kiga

    Gordon Research Conference 

    Presentation date： 2014

  • Keynote : Synthetic experiment of life and evolution of genome

    Daisuke Kiga

    Earth-Life Science Institute 1st International Symposium 

    Presentation date： 2013

  • 合成生物学とデュアルユース問題

    木賀 大介

    日本学術会議公開シンポジウム、デュアルユース問題とBSL4 施設シンポジウム 

    Presentation date： 2012.07

  • Synthetic Biology

    Daisuke Kiga

    Japanse-French Frontier Science Symposium (日仏先端科学シンポジウム) 

    Presentation date： 2012

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Specific Research 【 display / non-display 】

  • 原始的なエネルギー獲得系の再現

    2020  

    　View Summary

    本研究は、初期生命が用いるアミノ酸の種類を追及する申請者の一連の研究を拡張するための、基礎となるものである。全生物の共通祖先も、ある段階では現在の生命と同じように、20種類のアミノ酸をタンパク質合成に用いていたことは間違いない。しかし、生命の初期進化を考察するために、それ以前、20種類のアミノ酸を用いる以前の遺伝暗号について追及する必要がある。そこで、本研究では、遺伝暗号に最後に加わった可能性が高いトリプトファン(Trp)が存在せずとも動作する解糖系を再現する。この研究のために、生体内での活性、試験管内での活性、双方からアプローチを、活性予測プログラムを用いて効率化する。

  • 原始的なエネルギー獲得系の再現

    2019  

    　View Summary

    本研究は、初期生命が用いるアミノ酸の種類を追及する申請者の一連の研究を拡張するための、基礎となるものである。全生物の共通祖先も、ある段階では現在の生命と同じように、20種類のアミノ酸をタンパク質合成に用いていたことは間違いない。しかし、生命の初期進化を考察するために、それ以前、20種類のアミノ酸を用いる以前の遺伝暗号について追及する必要がある。そこで、本研究では、遺伝暗号に最後に加わった可能性が高いトリプトファン(Trp)が存在せずとも動作する解糖系を再現する。この研究のために、生体内での活性、試験管内での活性、双方からアプローチを、活性予測プログラムを用いて効率化する。

  • 原始的なエネルギー獲得系の再現

    2017  

    　View Summary

    本研究は、初期生命が用いるアミノ酸の種類を追及する申請者の一連の研究を拡張するための、基礎となるものである。全生物の共通祖先も、ある段階では現在の生命と同じように、20種類のアミノ酸をタンパク質合成に用いていたことは間違いない。しかし、生命の初期進化を考察するために、それ以前、20種類のアミノ酸を用いる以前の遺伝暗号について追及する必要がある。そこで、本研究では、遺伝暗号に最後に加わった可能性が高いトリプトファン(Trp)が存在せずとも動作する解糖系を再現する。この研究のために、生体内での活性、試験管内での活性、双方からアプローチする

  • 設計生物学：博物学ではない生物学の構築

    2017  

    　View Summary

    合成生物学に対する過度の期待は、普遍的な理解の達成よりも、従来の生物工学を延長したにとどまる個々の生産系の構築を優先させる動機づけとなってしまった。本研究では、理工学一般にみられる多階層モデルを活用して部分システムの組み合わせを設計・評価する、という研究サイクルの適用先として、生物学としても重要な、細胞間の通信に基づく多階層系を選択した。研究代表の木賀は、合成生物学アプローチで部分システムの組み合わせを構築し、実験と数理モデルとの整合性のある理解を達成している。本研究は、これを、合成生物学で重要な社会との関わりの調査を含めた、より広い分野に拡大するものである。

  • 低分子触媒から高分子触媒への遷移による生命システムの深化の本質に迫る

    2016  

    　View Summary

    本研究の目的は、各種反応条件による反応の進行を解析することで、低分子触媒による反応が、高分子酵素による触媒に遷移する過程を考察することにある。その過程において、（１）反応条件のバラエティ、（２）触媒となるタンパク質酵素のアミノ酸配列における少数の置換に起因するバラエティ、２つのバラエティの組み合わせについて、反応を測定する必要がある。本学における研究室立ち上げの年度となる本年度については、特に、タンパク質酵素の種々の変異体を作成しその活性を評価した。また、本研究の成果の一部を外部資金によって別方向に拡張した成果は、早稲田大の資金による特許出願につながった

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Syllabus 【 display / non-display 】

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