人工代謝経路のスコープの拡張

• Project Area: Synthetic biology for the comprehension of biomolecular networks
• Project/Area Number: 26119711
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 荒木 通啓 神戸大学, 自然科学系先端融合研究環重点研究部, 准教授 (40396867)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000); Fiscal Year 2015: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2014: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
• Keywords: 合成生物学 / 代謝工学 / バイオインフォマティクス

Outline of Annual Research Achievements

代謝経路は、要素としての化合物情報・酵素情報とそれらを有機的に結びつける反応ペア情報により構成されており、多要素が相互作用する生体分子ネットワークの一つである。本研究では、すでに開発している化学・生物情報解析による網羅的な人工代謝経路の設計基盤をもとに化合物・酵素で構成される代謝ネットワークのスコープを多要素化の観点から有機的に拡張していくための検討を行った。具体的には、PubChemデータベースより様々な化合物群を網羅的に抽出し、各化合物に対して代謝経路を網羅的に設計していくことで、得られた代謝パスウェイ候補群を化合物データベースに関連づけた代謝設計プラットフォームを開発した。網羅的な代謝経路設計をもとに、マニュアルキュレーションを実施し、新規の酵素反応ならびにバイオ合成可能な化合物群を同定した。また、化合物種毎に体系化した独自の化合物データベースと代謝経路のユーザインターフェイスを統合した新たな人工代謝経路データベースを構築した。さらに、特定のモデル生物毎にウェブベースの代謝経路エディタを構築し、推定された人工代謝経路を既存の代謝経路に統合したデータ形式に変換することで、新たな拡張代謝パスウェイの再構築と視覚化を行うシステムを開発した。これを利用して、人工代謝経路の静的ネットワーク解析・代謝フラックス解析による評価方法を開発するとともに、得られた結果を視覚化できる基盤を開発した。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Improvement of oxidized glutathione fermentation by thiol redox metabolism engineering in Saccharomyces cerevisiae (2015)
  • Author(s): Hara, K.Y., Aoki, N., Kobayashi, J., Kiriyama, K., Nishida, K., Araki, M., Kondo, A.
  • Journal Title: Appl. Microbiol. Biotechnol. Volume: 99 Issue: 22 Pages: 9771-9778
  • DOI: 10.1007/s00253-015-6847-z
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Evaluation of genes involved in oxidative phosphorylation in yeast by developing a simple and rapid method to measure mitochondrial ATP synthetic activity. (2015)
  • Author(s): Ye X, Morikawa K, Ho SH, Araki M, Nishida K, Hasunuma T, Hara KY, Kondo A.
  • Journal Title: Microbial Cell Factories Volume: 14 Issue: 1 Pages: 56-56
  • DOI: 10.1186/s12934-015-0239-z
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] M-path: A Compass for Navigating Potential Metabolic Pathways (2015)
  • Author(s): Araki, M., Cox III, RS., Makiguchi, H., Ogawa, T., Taniguchi, T., Miyaoku, K., Nakatsui M., Hara, K.Y., Kondo, A.
  • Journal Title: Bioinformatics Volume: 31 Issue: 6 Pages: 905-911
  • DOI: 10.1093/bioinformatics/btu750
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Development of bio-based fine chemical production through synthetic bioengineering (2014)
  • Author(s): Hara, K.Y., Araki, M., Okai, N., Wakai, S., Hasunuma, T., Kondo, A.
  • Journal Title: Microbial Cell Factories Volume: 13 Issue: 1 Pages: 173-173
  • DOI: 10.1186/s12934-014-0173-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] In Silico代謝設計ツールの開発とその展開 (2016)
  • Author(s): 荒木通啓
  • Organizer: 農芸化学会2016年度大会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（北海道・札幌市）
  • Year and Date: 2016-03-30
  • Invited
• [Presentation] 大腸菌における1,4-ブタンジオール人工生合成経路の構築 (2016)
  • Author(s): 江口晃一、工藤基徳、荒木通啓、石井純、山本浩明、近藤昭彦
  • Organizer: 農芸化学会2016年度大会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（北海道・札幌市）
  • Year and Date: 2016-03-30
• [Presentation] インシリコ代謝経路設計基盤の展開 (2016)
  • Author(s): 荒木通啓、牧口大旭、小川哲平、近藤昭彦
  • Organizer: 日本薬学会第136回年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2016-03-28
• [Presentation] 代謝デザインの展開 (2016)
  • Author(s): 荒木通啓
  • Organizer: 第1回デザイン生命工学研究会
  • Place of Presentation: 東京工業大学（神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2016-03-08
  • Invited
• [Presentation] Expanding the Scope of Metabolic Pathway In Silico (2016)
  • Author(s): Michihiro Araki
  • Organizer: The 7th International Symposium of Innovative BioProduction Kobe (iBioK)
  • Place of Presentation: 神戸大学（兵庫県・神戸市）
  • Year and Date: 2016-01-27
  • Invited
• [Presentation] M-Path＆PathPod：バイオプロセスデザインプラットフォームと統合型パスウェイデータベースシステム (2015)
  • Author(s): 牧口大旭、小川哲平、近藤昭彦、荒木通啓
  • Organizer: 第38回分子生物学会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県・神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-02
• [Presentation] M-path Database: Navigating Potential Metabolic Pathways (2015)
  • Author(s): 小川哲平、牧口大旭、中津井雅彦、Cox III, RS.、近藤昭彦、荒木通啓
  • Organizer: 生命医薬情報学連合大会2015年大会
  • Place of Presentation: 京都大学（京都府・宇治市）
  • Year and Date: 2015-10-29
• [Presentation] Development of M-path platform for Navigating Potential Metabolic Pathways (2015)
  • Author(s): Ogawa, T., Makiguchi, H., Cox III, RS., Nakatsui M., Kondo, A., and Araki, M.
  • Organizer: ISMB 2015
  • Place of Presentation: the Convention Centre Dublin【Dublin（Ireland）】
  • Year and Date: 2015-07-10
• [Presentation] New approach for Metabolomics pathway analysis (2015)
  • Author(s): Oshida, T., Ogawa, T., Yokoi, Y., Fukamachi, Y., Araki, M., Makiguchi, H.
  • Organizer: ASMS2015
  • Place of Presentation: America's Center【St. Louis（USA）】
  • Year and Date: 2015-05-31
• [Presentation] M-path: Construction of a Database for Expanded Metabolic Pathways (2014)
  • Author(s): Ogawa, T., Makiguchi, H., Cox III, RS., Nakatsui M., Kondo, A., Taniguchi, T., Miyaoku, K. and Araki, M.
  • Organizer: Active Enzyme Molecule 2014
  • Place of Presentation: Toyama International Conference Center, Toyama
  • Year and Date: 2014-12-17 – 2014-12-19
• [Presentation] Meta-synthetic metabolism: in silico design of novel amino acids from all-organism data (2014)
  • Author(s): Cox III, RS., Nakatsui M., Makiguchi, H., Ogawa, T., Kondo, A., Araki, M.
  • Organizer: GIW ISCB-ASIA 2014
  • Place of Presentation: CBRC, Tokyo
  • Year and Date: 2014-12-15 – 2014-12-17
• [Presentation] M-path: 拡張代謝パスウェイデータベースの構築 (2014)
  • Author(s): 牧口大旭、小川哲平、中津井雅彦、Cox III, RS.、近藤昭彦、谷口岳志、宮奥康平、荒木通啓
  • Organizer: 第37回分子生物学会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜, 横浜
  • Year and Date: 2014-11-26
• [Presentation] 代謝設計基盤（M-path）によるバイオ合成スコープの拡張 (2014)
  • Author(s): 荒木通啓
  • Organizer: 合成生物工学シンポジウム
  • Place of Presentation: 神戸大学, 神戸
  • Year and Date: 2014-11-25
  • Invited
• [Presentation] バイオプロセス合成経路データベース"M-path"の構築 (2014)
  • Author(s): 小川哲平、牧口大旭、谷口岳志、宮奥康平、中津井雅彦、Cox III, RS.、近藤昭彦、荒木通啓
  • Organizer: 第３回生命医薬情報学連合大会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター, 仙台
  • Year and Date: 2014-10-02 – 2014-10-04
• [Presentation] Computational platform for designing synthetic metabolic pathways (2014)
  • Author(s): Michihiro Araki
  • Organizer: 7th International Congress on Biocatalysis
  • Place of Presentation: Hamburg University of Technology, Hamburg, Germany
  • Year and Date: 2014-09-03
  • Invited
• [Presentation] Mpath: Computationally-Aided Design of Synthetic Metabolic Pathways (2014)
  • Author(s): Cox III, RS., Nakatsui M., Makiguchi, H., Ogawa, T., Kondo, A., Araki, M.
  • Organizer: SEED2014
  • Place of Presentation: Manhattan Beach, LA, USA
  • Year and Date: 2014-07-14 – 2014-07-17
• [Book] 合成生物工学によるモノづくり微生物のデザインに向けて (2015)
  • Author(s): 石井純、荒木通啓、中津井雅彦、崎濱 由梨、柘植 陽太、蓮沼 誠久、近藤 昭彦
  • Total Pages: 5
  • Publisher: 生物工学会誌
• [Book] データベースからの再発見 (2014)
  • Author(s): 荒木通啓
  • Total Pages: 1
  • Publisher: 生物工学会誌（バイオミディア）
• [Remarks] M-path
• [Remarks] M-path server
  • URL: http://bp.scitec.kobe-u.ac.jp/m-path/server/
• [Remarks] M-path