• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

環境変動に伴う大規模代謝反応システムの応答を効率よく解析するための手法開発と応用

Publicly Offered Research

Project AreaIntegrated analysis of strategies for plant survival and growth in response to global environmental changes
Project/Area Number 25119719
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Biological Sciences
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

白石 文秀  九州大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (90171040)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2015-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000)
Fiscal Year 2014: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2013: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Keywords代謝反応システム / 速度パラメーター / シロイヌナズナ / 数式モデリング / 感度解析 / 速度パラメーター決定法 / バイオケミカルシステム理論 / 無次元化 / 束縛条件
Outline of Annual Research Achievements

本年度は前年度に確立したべき乗則型数式モデル中の速度パラメーター決定法を使い、実際の代謝反応データから数式モデルの構築を行うとともに、そのシステムの特徴を明らかにした。また、本研究支援のため、感度計算を効率よく行うためのソフトの開発とその性能評価を行った。具体的には以下のようである。
最初に、定常状態にあるシロイヌナズナのカルス培養系で外部から細胞内へリジン、スレオニンを添加することで代謝物濃度の時間変化を誘引し、これをLC/MSにより測定して得たメタボロームデータに基づき、U-systemモデルを構築した。本モデルは、主要な代謝系中の351個の代謝物濃度、441個の流束の変化を記述する、細胞内代謝物濃度の時間変化から決定された、これまでに例のない大規模な代謝反応モデルである。これを用いてシステム解析を行い、またシステムが変動したとき元の状態へ復元する状況(環境突破力)をシミュレーションにより明らかにした。
つぎに、システム感度および固有値の超高精度計算について検討した。代謝反応ネットワークの特徴を明らかにする場合、感度計算の実行が最も効率的である。そこで、COSMOS (Computation of Sensitivities in Model ODE Systems)と名付けた大規模システムにも対応できる定常状態感度計算ソフトを開発した。本ソフトでは、定常状態値を簡単に探し出すための工夫やComplex-step法(計算値が丸め誤差程度である数値微分法)の導入により、機械精度と同等の奇跡的な精度で感度値計算を行う。また、ネットワークの特性を理解するのに不可欠な固有値の計算も超高精度で行われる。
さらに、我々が先に開発した動的感度ソフトSoftCADSを芳香族アミノ酸モデルへ適用して動的感度計算を行い、動的感度解析の重要性を明らかにした。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • Research Products

    (19 results)

All 2015 2014 2013

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results) Presentation (13 results)

  • [Journal Article] 大規模ネットワークシステムにおける固有値の効率的かつ信頼性の高い計算2015

    • Author(s)
      吉田恵梨歌、白石文秀
    • Journal Title

      Eco-engineering

      Volume: 27 Pages: 35-42

    • NAID

      130005073186

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] A U-system approach for predicting metabolic behaviors and responses based on an alleged metabolic reaction network.2014

    • Author(s)
      Sriyudthsak K, Sawada Y, Chiba Y, Yamashita Y, Kanaya S, Onouchi H, Fujiwara T, Naito S, Voit EO, Shiraishi F, Hirai MY
    • Journal Title

      BMC Systems Biology

      Volume: 8 Issue: S5

    • DOI

      10.1186/1752-0509-8-s5-s4

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] An efficient and very accurate method for calculating steady-state sensitivities in metabolic reaction systems2014

    • Author(s)
      F. Shiraishi, E. Yoshida, E. O. Voit
    • Journal Title

      IEEE/ACM Transactions on Computational Biology and Bioinformatics

      Volume: 11 Pages: 1077-1086

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] PENDISC: A Simple Method for Constructing a Mathematical Model from Time-Series Data of Metabolite Concentrations, Bulletin of Mathematical Biology2014

    • Author(s)
      K. Sriyudthsak, M. Iwata, M. Y. Hirai, and F. Shiraishi
    • Journal Title

      Bulletin of Mathematical Biology

      Volume: 印刷中

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Coarse but efficient identification of metabolic pathway systems2013

    • Author(s)
      M. Iwata, F. Shiraishi, E. O. Voit
    • Journal Title

      International Journal of Systems Biology

      Volume: 4 Pages: 57-72

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Estimation of kinetic parameters in an S-system equation model for ametabolic reaction system using the Newton-Raphson method2013

    • Author(s)
      Michio Iwata, Kansuporn Sriyudthsak, Masami Yokota Hirai and Fumihide Shiraishi
    • Journal Title

      Mathematical Biosciences

      Volume: VOL.248 Pages: 11-21

    • DOI

      10.1016/j.mbs.2013.11.002

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Understanding the dynamic behaviours of aspartate-family amino acids concentrations via mathematical model2015

    • Author(s)
      SRIYUDTHSAK Kansuporn, 澤田 有司, 千葉 由佳子, 山下 由衣, 桑原 亜由子, 金谷 重彦, 尾之内 均, 藤原 徹, 内藤 哲, 白石 文秀, 平井 優美
    • Organizer
      第56回日本植物生理学会年会
    • Place of Presentation
      東京農業大学(東京都)
    • Year and Date
      2015-03-16 – 2015-03-18
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] ネットワークシステムにおける定常状態感度計算ソフトCOSMOSの開発と性能評価2014

    • Author(s)
      白石文秀、吉田恵梨歌、Eberhard O. Voit
    • Organizer
      第58回宇宙科学技術連合講演会
    • Place of Presentation
      長崎ブリックホール(長崎市)
    • Year and Date
      2014-11-12 – 2014-11-14
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 反応ネットワークの超高精度感度計算における定常状態反応物濃度の効率的決定2014

    • Author(s)
      吉田恵梨歌、白石文秀
    • Organizer
      第46回化学工学会秋季大会
    • Place of Presentation
      九州大学(福岡市)
    • Year and Date
      2014-09-17 – 2014-09-19
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 時系列メタボロームデータを用いた大規模代謝反応システムの解析2014

    • Author(s)
      SRIYUDTHSAK Kansuporn、澤田有司、千葉由佳子、山下由衣、金谷重彦、尾之内均、藤原徹、内藤哲、白石文秀、平井優美
    • Organizer
      第32回日本植物細胞分子生物学会
    • Place of Presentation
      いわて県民情報交流センター(盛岡市)
    • Year and Date
      2014-08-21 – 2014-08-22
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] ネットワークシステムにおける定常状態感度の超高精度数値計算法2014

    • Author(s)
      白石文秀、吉田恵梨歌、Eberhard O. Voit
    • Organizer
      2014生態工学会年次大会
    • Place of Presentation
      プラサヴェルデ(沼津市)
    • Year and Date
      2014-06-27 – 2014-06-28
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Prediction of the dynamic behavior of metabolite concentrations in a large-scale pathway system2014

    • Author(s)
      SRIYUDTHSAK Kansuporn, Yuji Sawada, Yukako Chiba, Yui Yamashita, Shigehiko Kanaya, Hitoshi Onouchi, Toru Fujiwara, Satoshi Naito, Ebernard O. Voit, Fumihide Shiraishi and Masami Yokota Hirai
    • Organizer
      Metabolomics 2014
    • Place of Presentation
      鶴岡市
    • Year and Date
      2014-06-23 – 2014-06-26
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] A new technique for constructing a large-scale kinetic model to comprehensively understand metabolic regulatory mechanisms2014

    • Author(s)
      SRIYUDTHSAK Kansuporn, 澤田 有司, 千葉 由佳子, 山下 由衣, 金谷 重彦, 尾之内 均, 藤原 徹, 内藤 哲, 白石 文秀, 平井 優美
    • Organizer
      植物生理学会
    • Place of Presentation
      富山大学
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 複素刻み微分法に基づくネットワークシステムの定常状態感度計算の超高精度化2014

    • Author(s)
      吉田恵梨歌、白石文秀
    • Organizer
      化学工学会第79年会
    • Place of Presentation
      岐阜大学
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 動的対数ゲインのシステム解析への応用:代謝反応解析を例として2013

    • Author(s)
      白石文秀、宇野陽美、シユタサ・カンスポーン
    • Organizer
      2013生態工学会年次大会
    • Place of Presentation
      玉川大学
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 代謝産物量の経時変化のデータを用いた代謝の数理モデリング手法の開発2013

    • Author(s)
      カンスポーン シユタサ、澤田有司、千葉由佳子、山下由衣、岩田通夫、尾之内均、内藤哲、白石文秀、平井優美
    • Organizer
      日本植物学会年会
    • Place of Presentation
      北海道大学
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] A novel approach for understanding metabolic system: metabolomics-based mathematical modeling2013

    • Author(s)
      Masami Yokota HIRAI, Kansuporn SRIYUDTHSAK, Fumihide SHIRAISHI
    • Organizer
      第24回シロイヌナズナ国際会議 (ICAR 2013)
    • Place of Presentation
      シドニー
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] S-システム型式を用いて大胆かつ効率よく代謝システムを数式化する方法の検討2013

    • Author(s)
      岩田通夫、白石文秀、Eberhard O. VOIT
    • Organizer
      化学工学会第45回秋季大会
    • Place of Presentation
      岡山大学
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] PENDISC: Parameter Estimation in a Non-Dimensionalized S-system with Constraints2013

    • Author(s)
      Fumihide SHIRAISHI, Kansuporn SRIYUDTHSAK, Michio IWATA, Masami Yokota HIRAI
    • Organizer
      21st Annual International Conference on Intelligent Systems for Molecular Biology (ISMB)
    • Place of Presentation
      ベルリン
    • Related Report
      2013 Annual Research Report

URL: 

Published: 2013-05-15   Modified: 2019-07-29  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi