生命環境科学研究科
生物機能科学専攻
概要
本専攻は、生物機能の解明とそれらの利用・開発に関する分野での先導的な教育・研究を目指しています。最近のバイオサイエンスならびにバイオテクノロジーは、遺伝子の分子生物学を中心に展開していますが、これからはさらに踏み込んで、生物の現象ないし機能の最小単位である「細胞」を構成する主要な生体機能分子について、その静的及び動的挙動を生化学ないし分子レベルでより精密に理解し、得られた知識をもとにその機能を利用する手法の開発が求められます。また、生物資源の特性を活用した生活関連資材の開発も行っていかなければなりません。このような状況のもとで、新しい時代のバイオサイエンスまたはバイオテクノロジーの担い手を養成するために、本専攻では、基本的学問領域である「生命機能情報工学」と応用的学問領域である「生物機能利用工学」とを融合させ、生物・化学・工学の学際的かつ有機的に一体化したカリキュラムを編成しています。基礎と応用の教育・研究を通じて、独創性に富み、しかも基礎と応用を同時に見渡せる広い視野に立った学際性を有する研究者の養成を目指しています。
専攻長からのメッセージ
大学院進学をめざすみなさんへ
筑波大学大学院博士課程生命環境科学研究科は、旧農学研究科、生物科学研究科、地球科学研究科の再編により2001年4月から8専攻体制で発足しました。2005年度からは前後期区分制を採用し、農学関係の博士前期課程は生物資源科学専攻としてまとまり、学生定員も増加しました。このような中で生物機能科学専攻は博士後期課程として、生物の持つ多彩な機能の解明とその開発・利用に関する先導的な教育・研究を行っています。また、つくばの独立行政法人研究機関の協力の下、研究者を本学の教授・准教授として迎えた連携大学院方式による教育も行っています。本専攻への皆様の参画を心より期待しています。なお、個々の研究室に関する詳細については直接担当教官に連絡をお取り下さい。
生物機能科学専攻長 田中俊之
学位授与数
| 年度 | 博士（農学） | 博士（生物工学） | 博士（学術） | 合計 |
|---|---|---|---|---|
| 2020年度 | 1 | 5 | 2 | 8 |
| 2019年度 | 3 | 7 | 0 | 10 |
| H30年度 | 8 | 6 | 1 | 15 |
| H29年度 | 8 | 7 | 0 | 15 |
| H28年度 | 9 | 6 | 1 | 16 |
| H27年度 | 6 | 3 | 2 | 11 |
| H26年度 | 8 | 8 | 1 | 17 |
| H25年度 | 3 | 6 | 2 | 11 |
| H24年度 | 7 | 6 | 4 | 17 |
| H23年度 | 5 | 7 | 1 | 13 |
| H22年度 | 3 | 7 | 2 | 12 |
| H21年度 | 2 | 10 | 1 | 13 |
| H20年度 | 11 | 5 | 4 | 20 |
学生の表彰
| 年度 | 学長表彰 | 研究科長表彰 | 茗渓会賞 |
|---|---|---|---|
| 2020年度 | 1 | 1 | 0 |
| 2019年度 | 0 | 1 | 1 |
| H30年度 | 0 | 2 | 1 |
| H29年度 | 1 | 2 | 0 |
| H28年度 | 1 | 1 | 1 |
| H27年度 | 0 | 1 | 0 |
| H26年度 | 1 | 2 | 0 |
| H24年度 | 0 | 1 | 0 |
| H22年度 | 0 | 1 | 0 |
| H20年度 | 1 | 1 | 0 |
＜学長表彰＞
学位論文や研究等の学業で優れている学生、課外活動や社会活動等において顕著な功績があった学生に授与される。
＜研究科長表彰＞
研究科独自に、研究活動・課外活動や社会活動等において、高い評価を受けた学生、または顕著な功績のあった学生に授与される。
＜茗渓会賞＞
筑波大学の後援・同窓組織である「一般社団法人 茗渓会」が、筑波大学の教育・研究活動を広く社会へ発信するなど、大学院における勉学や研究の成果を生かした顕著な社会貢献活動を行った修了者に授与する。
大学院生への経済支援
研究分野
生物機能情報工学領域
天然および人工の有用化学物質の開発・利用を目的として、生理活性物質の作用機序と分子レベルでの応答、生理活性二次代謝物質の構造解析、生合成、酵素化学および代謝調節などに関する研究を行っている。
- 天然および合成生理活性物質の標的分子探索と作用機構の解明
- 光酸化ストレスに対する植物の抗酸化応答機構
- 香気成分の生合成経路の解明と生産性の制御
- 昆虫・植物・動物間相互作用に働く情報化学物質の機能
生体は、環境に応答して様々な化学反応を引き起こし、それらの連鎖的シグナル反応によって恒常性を維持している。複雑なシグナル応答は、細胞膜から核内情報へ変換・集約されて、遺伝子発現の”量”を制御する。この時、シグナル応答性の遺伝的ターゲットはゲノムであり、その調節のイニシエーターとして細胞外刺激（リガンド）-膜貫通型受容体が、そしてメディエーターとして転写（制御）因子が重要な役割を果たしており、このような応答機構は生命現象の根幹をなすものである。
- 転写(制御)因子の修飾調節の解明
- 栄養と代謝による寿命・老化の分子メカニズム
- 脳の代謝機能の解明
- ゲノミック・インプリンティング
- 恒常性維持のための遺伝子発現制御
微生物における新規な生命現象や多様な潜在能力（およびそれを有する生物）を探索するとともに、それに関わる蛋白質・酵素の構造と機能（反応機構を含む）を分子レベルで解明する基礎研究を行っている。それらの知見を基に、新規な機能を有する生物の育種開発を行い、それらの生物工学的な応用ならびに有用物質生産等への応用を目指している。ゲノム情報に基づく生体機能分子工学、医療・環境・食糧の新しい領域も開拓しつつある。
- 新規な代謝の探索および生理学的機能解析
- 代謝工学及び有用酸素･遺伝子の探索･解析･設計・改造
- C-N結合切断および合成酵素の分子機能解析と分子進化に関する研究
- 微生物・酵素のスーパー生体触媒への新機能開発
- 糖および核酸関連酸素の構造機能解析およびDNA・RNA工学への応用
本分野では、情報伝達や転写制御などに関わるタンパク質の三次元構造解析を行って、その活性発現機構を原子レベルで解明するとともに、得られた立体構造情報や機能情報を基にした人工機能性タンパク質の創出を行っている。
- 情報伝達や転写制御に関わるタンパク質の機能構造解析
- 低分子－タンパク質複合型抗生物質の機能構造解析
- 立体構造情報に基づく人工機能性タンパク質の創出
生命発生の重要性と連続性を理解するために、マウスを中心とした哺乳動物で の配偶子形成から受精および胚・個体発生過程での高次制御機構を分子（遺伝子）・細胞・個体レベルで明らかにする。また、その発生制御機構の食料・医薬品生産や生殖・再生医療などへの応用についても研究する。
- 配偶子形成過程での遺伝子転写・翻訳制御の解析
- 受精・卵子活性化、および初期胚発生に関与する制御因子の同定と機能解析
- 次世代生殖・発生技術の開発
細胞分裂期（M期）は複製された染色体DNAを娘細胞に均等に分配する過程である。M期進行の過程の破綻は癌をはじめとした様々な疾患を引き起こす。本研究室では、ツメガエル卵抽出液のシステムやヒト培養細胞を用いて、細胞分裂における染色体動態とその分子メカニズムの解明を目指している。また、核小体による染色体構造や機能の制御機構についても研究している。
- 細胞分裂期における染色体動態の解析
- 染色体凝縮タンパク質コンデンシンの機能解析
- 核小体の新規機能の解析
本研究室では、マウスを中心とした哺乳動物の発生工学研究および高度最新技術の新規開発を行う。特に世界随一のレベルの胚・配偶子を用いた顕微操作技術を駆使し、生殖細胞の特性解析や発生関連遺伝子のエピジェネティクス解析を行い、哺乳動物固有のライフサイクルのダイナミクスに迫る研究を実施する。
- 核移植クローン技術を用いた生殖細胞ゲノムの特性解析
- 核移植クローン技術を用いた胚性遺伝子活性化機序の解析
- 顕微授精技術を用いた雄性生殖細胞保存技術の開発
自然の中で風雨にさらされつつも無言で佇んでいる植物は、季節の移り変わりや毎日の気候変化に応答して自身の内部環境をダイナミックに制御し、常に最適な生長を保って次世代へと生命をつないでいる。植物が自身を取り巻く環境変化や病原菌・害虫の存在を鋭敏に感知し、生長モードを柔軟に変化させる仕組みの一つが、核内での可逆的なクロマチン構造変換を介した遺伝子発現調節である。本研究室では、近年急速に発展したゲノム・エピゲノム解析技術を駆使し、主に作物を対象とした環境ストレス応答機構の理解とその利用を目的とした研究を進める。
- ゲノミクス手法を用いた植物の環境ストレス応答機構の解明
- エピゲノム制御を介した植物ゲノムの構造と機能の改変
生物機能利用工学領域
微生物の機能を用いて汚染環境を修復するバイオレメディエーション技術の開発と、循環型社会の構築を目指した微生物による有機性廃棄物の有効利用に関する研究を行っている。また、微生物間のコミュニケーションに関する研究も行っている。
1. ERATO野村集団微生物制御プロジェクト
多様な微生物の集団における１細胞の振る舞いや微生物間相互作用の解明に取り組みます。また、微生物の集団とその周りの環境や他の生物との相互作用にも焦点を当てることで、微生物が集団を形成することでどのように環境に適応するかを明らかにし、未解明な点が多い微生物の集団の全貌解明を目指します。また他分野と協働で革新的な集団微生物の制御技術の創出にも取り組んでいます。
2. 微生物間相互作用
細菌は単細胞生物でありながら、お互いに相互作用を及ぼすことで様々な機能を発揮することが分かってきています。当研究室では、シグナル化合物を介した微生物間コミュ二ケーション（クォラムセンシング）や膜小胞体（メンブレンベシクル）を介した相互作用などを中心に生物学・生態的な解析を進め、それらを利用した微生物制御法の確立を目指しています。
3. バイオフィルム
多くの微生物は実環境中では、細胞外マトリクスに包まれた集合体であるバイオフィルムを形成して生息しています。口腔内における歯垢や、水中で見られる微生物マットや凝集体（フロック）、そして排水処理で用いられている活性汚泥もバイオフィルムの一種として考えられています。私たちの研究室では独自の顕微鏡観察系を開発し、バイオフィルムの機能や形成メカニズムの解析を行っています。得られる研究成果は将来的に活性汚泥を用いた水処理技術の向上や、病原細菌による感染症の予防や治療に繋がることが期待されています。
4. バイオコンバージョン
生物の代謝機能を利用して安価な物質を付加価値の高い物質に変換する事をバイオコンバージョンと言います。当研究室では油脂を代謝する微生物を使って、化粧品や薬品への利用が期待される両親媒性物質（バイオサーファクタント）を生産する研究を行っています。
微生物、植物および光合成細胞、動物細胞を対象とし、それらの顕在化された機能の拡大および潜在的機能の開発とその利用（有用物質生産、環境浄化など）に関する研究を行っている。
- 新規機能を付加した細胞およびプロトプラストの培養法の開発と利用
- 複合生物系の解析と人工の複合生物系培養システムの開発と利用
- 発展途上国におけるバイオプロセスの開発
分子認識、物質移動（輸送）、エネルギー変換等の生体機能を模倣する為の基礎研究とバイオマテリアルズへの応用研究を高分子化学的立場から行っている。
- ホモキラリティー誕生に導いた酵素の立体選択性
- タンパク質と高分子系の複合体に関する研究
- 高分子電解質ゲルに関する基礎的･応用技術的研究
様々な環境中に適応して生息する微生物の生態、機能、地球環境との関わりについて、主に微生物側の視点から研究している。特に、真核微生物（菌類）の環境応答の分子機構、それらが作り出す酵素の反応機構を分子生物学的手法を用いて明らかとするとともに、それらを利用した環境負荷への適応策や物質生産系の開発を目指している
- 真菌の環境応答･適応・形態形成メカニズムの解明
- 新たな微生物･酵素触媒による有用物質生産
- 細菌の新規代謝と集団挙動
食品中の機能性成分について、生物検定による生物活性の探索、単離と構造解析、作用機序の解明を行うとともに、微生物や酵素を用いた生産プロセスの開発を行っている。また、ゲル化材などの品質保持機能を有する添加物の開発も行っている。
- 食品中の機能性成分の構造と機能に関する研究
- 生物学的変換プロセスによる機能性成分の生産
- 食品製造用酵素剤の開発
有用な生理活性物質や酵素を産生する事で社会に広く貢献している糸状菌には、未発見の能力が多く眠っていると考えられる。例えば土壌のような自然環境中では常に他者生物と対峙・共存しており、純粋培養による解析では知り得ない相互作用・相互応答現象が存在すると推測される。本講座では、複合的な環境下で糸状菌を解析し、糸状菌の潜在的な生理機能を探究し、そのメカニズムを理解する事を目指す。これらの研究を通して、新規な有用物質の発見や、植物や動物に病気を起こす病原糸状菌の制御技術の確立につなげることで、社会に貢献する。
- 微生物二次代謝を活性化させる生物間相互作用の探索
- 糸状菌の相互作用・相互応答現象における分子メカニズムの解明
- 複合環境における微生物（糸状菌）の生理・生態の解明
昆虫類におけるさまざまな内部共生現象を主要なターゲットとし、さらには関連する寄生、生殖操作、形態操作、社会性など高度な生物間相互作用をともなう興味深い生物現象について、進化多様性から生態的相互作用、生理機能から分子機構にまで至る研究を多角的なアプローチから展開する。
- 昆虫類と微生物の内部共生関係の機能、進化、起源の解明
- 共生、寄生、生殖操作、形態操作などの高度な生物間相互作用に関わる分子、生理、調節機構の解明
- 昆虫類における社会性の形成や維持に関与する分子基盤の解明
脳神経系の形成過程や機能維持を制御し、精神・神経疾患等の原因にもなりうる様々な要素（核酸やタンパク質、シナプスなどの構造）を 分子生物学の手法を用いて解析するとともに、各要素の動きや変化を、モデル生物を用いた イメージング（可視化）技術により迅速かつ容易に生体内で評価できるアッセイ系の構築を行っている。 また、動物が生息・生存に適した環境を選択する行動や、生体防御に必要な分子神経機構を研究する。
- モデル生物を用いた脳神経形成と機能維持を制御する因子の解析
- 老化に伴う脳神経系の破綻や疾患を防ぐ物質や因子の探索と疾患モデル動物の開発
- 神経機能の生体内イメージング技術の開発
未開拓とされる微生物生態系に存在する未知微生物および未知機能遺伝子を新たなる分離培養技術や環境ゲノム解析技術（メタゲノム解析）を用いて探索・機能解明を行い、物質生産や環境浄化、エネルギー生産などの産業利用へ結びつけることを目指している。
- 未知の有用微生物の探索技術の開発および希少微生物の分離培養と分類同定
- 微生物や高等生物を対象にした有用遺伝子資源の探索と機能解明および産業利用
- 環境ゲノム解析技術（メタゲノム、メタトランスクリプトーム等）の開発と利用
- 環境制御・浄化や次世代エネルギー生産に資する微生物の生理学的・生態学的機能の解明と利用
カリキュラム・シラバス
本専攻に3年以上在学し、部局細則等に規定する修了の要件として必要な授業科目を履修し、その単位を修得し、かつ、必要な研究指導を受け、博士論文を提出し、その審査及び最終試験に合格した学生について、その修了を認定します。なお、優れた研究業績を上げた者は、修了に必要な在学期間を短縮することが可能です（早期修了）。
・取得できる学位：博士（農学）、博士（生物工学）、博士（学術）
・シラバス
本専攻の開設科目・シラバスは筑波大学教育課程編成支援システム（KdB） により公開されています。
教育課程編成支援システム（KdB）は本学で開講される授業科目の情報を管理・公表するデータベースです。Webブラウザを起動してhttps://kdb.tsukuba.ac.jpにアクセスしてください。アクセスするだけでは科目は何も表示されません。検索条件を指定し、［検索］ボタンをクリックすることで、該当する科目が表示されます。指定できる検索条件は、年度（指定必須）、学期、時限、教室、要件（選択した科目のまとまりに属する科目が表示されます）などです。上記検索条件を指定して検索ボタンをクリックすると、全ての条件を満たす科目が表示されます。また、キーワードによる検索も可能です。なお、画面上部のメニュー領域にログイン用ユーザーIDとパスワード入力欄が配置されていますが、学生及び一般の方はログインできません。
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生物機能情報工学領域
| 生体成分化学 | |
| 教授 | 松本 宏（Hiroshi MATSUMOTO） |
| 教授 | 臼井 健郎（Takeo USUI） |
| 准教授 | 春原 由香里（Yukari SUNOHARA） |
| 講師 | 根岸 紀（Osamu NEGISHI） |
| 講師 | 松山 茂（Shigeru MATSUYAMA） |
| 助教 | 山口 拓也（Takuya YAMAGUCHI） |
| ゲノム情報生物学 | |
| 教授 | 深水 昭吉（Akiyoshi FUKAMIZU） |
| 教授 | 谷本 啓司（Keiji TANIMOTO） |
| 講師 | 石田 純治（Junji ISHIDA） |
| 講師 | 加香 孝一郎（Koichiro KAKO） |
| 講師 | 大徳 浩照（Hiroaki DAITOKU） |
| 助教 | 金 俊達（Jundai KIM） |
| 助教 | 松﨑 仁美（Hitomi MATSUZAKI） |
| 微生物育種工学 | |
| 教授 | 小林 達彦（Michihiko KOBAYASHI） |
| 准教授 | 橋本 義輝（Yoshiteru HASHIMOTO） |
| 助教 | 熊野 匠人（Takuto KUMANO） |
| 構造生物化学 | |
| 教授 | 田中 俊之（Toshiyuki TANAKA） |
| 助教 | 南雲 陽子（Yoko NAGUMO） |
| 分子発生制御学 | |
| 教授 | 馬場 忠（Tadashi BABA） |
| 准教授 | 柏原 真一（Shin-ichi KASHIWABARA） |
| 助教 | 兼森 芳紀（Yoshinori KANEMORI） |
| 生体情報制御学 | |
| 准教授 | 木村 圭志（Keiji KIMURA） |
| 動物リソース工学（連携：理化学研究所） | |
| 教授 | 小倉 淳郎（Atsuo OGURA） |
| 准教授 | 井上 貴美子（Kimiko INOUE） |
| 植物環境ゲノム科学（連携：農業・食品産業技術総合研究機構 生物機能利用研究部門） | |
| 教授 | 土生 芳樹（Yoshiki HABU） |
生物機能利用工学領域
| 生物反応工学 | |
| 教授 | 市川 創作（Sosaku ICHIKAWA） |
| 准教授 | 平川 秀彦（Hidehiko HIRAKAWA） |
| 講師 | 横谷 香織（Kaori YOKOTANI） |
| 微生物機能利用学 | |
| 教授 | 野村 暢彦（Nobuhiko NOMURA） |
| 細胞機能開発工学 | |
| 教授 | 青柳 秀紀（Hideki AOYAGI） |
| 生体模倣化学 | |
| 講師 | 島田 秋彦（Akihiko SHIMADA） |
| 助教 | 小川 和義（Kazuyoshi OGAWA） |
| 負荷適応微生物学 | |
| 教授 | 高谷 直樹（Naoki TAKAYA） |
| 教授 | 中村 顕（Akira NAKAMURA） |
| 准教授 | 大津 厳生（Iwao OHTSU） |
| 准教授 | 竹下 典男（Norio TAKESHITA） |
| 助教 | 河野 祐介（Yusuke KAWANO） |
| 助教 | 八幡 穣（Yutaka YAWATA） |
| 食品機能化学 | |
| 准教授 | 吉田 滋樹（Shigeki YOSHIDA） |
| 生物プロセス工学 | |
| 准教授 | 野村 名可男（Nakao NOMURA） |
| 糸状菌相互応答学 | |
| 准教授 | 萩原 大祐（Daisuke HAGIWARA） |
| 助教 | 浦山 俊一（Syunichi URAYAMA） |
| 時間細胞生物学（連携） | |
| （ ） | |
| 共生進化生物学（連携：産業技術総合研究所） | |
| 教授 | 深津 武馬（Takema FUKATSU） |
| 機能性神経素子工学（連携：産業技術総合研究所） | |
| 准教授 | 戸井 基道（Motomichi DOI） |
| 複合生物系利用工学（連携：産業技術総合研究所） | |
| 教授 | 木村 信忠（Nobutada KIMURA） |
| 食品分子認識工学（連携：農業・食品産業技術総合研究機構 食品研究部門） | |
| 准教授 | 小堀 俊郎（Toshiro KOBORI） |