2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development and application of next generation metabolome analysis technologies
| Project Area | Transomic Analysis of Metabolic Adaptation |
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17H06304
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
馬場 健史 九州大学, 生体防御医学研究所, 教授 (10432444)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山田 健一 九州大学, 薬学研究院, 教授 (60346806)
和泉 自泰 九州大学, 生体防御医学研究所, 准教授 (70622166) [Withdrawn]
相馬 悠希 九州大学, 生体防御医学研究所, 助教 (80781955) [Withdrawn]
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2022-03-31
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| Keywords | メタボローム解析 / メタボロミクス / トランスオミクス / 代謝アダプテーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度も引き続き定量メタボローム分析系の開発に取り組み，GC/MSにおける定量ライブラリの構築について論文発表を行った（Hata. K. et.al., Metabolites, 11(4), 207,2021）．さらに，高親水性代謝物の分析系として一般的に用いられているHILICカラムを用いたLC/MS分析系，ペンタフルオロフェニル（PFP）カラムを用いたLC/MS分析系と，我々のグループで開発した親水性相互作用/陰イオン交換クロマトグラフィー（HILIC/AEX）によるLC/MS分析系との比較を行い，定量メタボローム分析における実用性を検証した．これまで一般的に用いられてきたHILICカラムに対する，HILIC/AEX およびPFPカラムを用いた分析系の優位性が示され，それぞれの分析系をサンプル（ターゲット化合物）により使い分けることが必要であることが分かった（論文投稿準備中）．
また，定量メタボローム分析用安定同位体ラベル化標準品の作成においては，微生物を用いたin vivo合成による安定同位体内部標準品群（Stable Isotope Labeled Internal Standard: SILIS）の作成に大陽日酸と連携して取り組んだ．さらに，得られたSILISを用いて定量データの取得に成功した（論文投稿済）．
また，定量メタボロームデータ解析手法の開発についても，実データを用いて解析アルゴリズム，ソフトウエアの開発にも引き続き取り組んだ．SFC/MSにおける定量リピドーム解析用のライブラリならびに専用解析ソフトウエアの開発に取り組み，データ解析のスループットと精度を向上させるデータ処理法の開発に成功し（特許出願），ソフトウエアも開発した．
構築した分析法を用いて，領域内外の共同研究者と連携しながら分析系の検証および各種代謝アダプテーションに関する応用研究を実施した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
これまでに開発したSFC/MS/MSリピドーム分析系，GC/MS定量ライブラリcalibration curve locking database（CCDL），親水性相互作用/陰イオン交換クロマトグラフィータンデム質量分析分析系（HILIC/AEX/MS/MS），アミノ酸，有機酸，糖類，脂肪酸をターゲットした個別分析系は，国内内外で高い評価を受けており，メーカーとも協力して他施設での比較実験や実用化に向けた開発に取り組んでいる．
また，定量メタボローム分析用安定同位体ラベル化標準品調製技術の開発については，微生物におけるin vivo合成技術の基盤構築に成功し（論文投稿済），大陽日酸株式会社と連携して安定同位体内部標準品群（Stable Isotope Labeled Internal Standard: SILIS）の実用化技術の開発に取り組んでいる．
また，定量メタボロームデータ解析技術の開発については，SFC/MSにおける定量リピドーム解析用のライブラリならびに専用解析ソフトウエアの開発に成功し（特許出願），専用ソフトウエアも開発し，ベンチャー企業を設立して上市予定である．
さらに，これまでに開発したメタボローム分析システムを用いて，領域内外との研究者と積極的に共同研究に取り組み，代謝アダプテーションに関する応用研究において，成果を挙げることができている．
上記のとおり，研究開発は当初の計画より進展している状況である．
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| Strategy for Future Research Activity |
定量メタボローム分析系の開発においては，引き続きHILIC/AEX/MS/MS分析系における対象親水性代謝物の拡充を図るともに，カラムの上市およびメソッドの一般化に向けた取り組みをメーカーとも連携して行う．また，GC/MSにおけるCCLD定量ライブラリの構築，SFC/MS分析系における定量リピドーム分析システムの開発についても同様に解析対象代謝物の拡充，実サンプルの測定を実施し，メソッドの一般化に向けた取り組みをメーカーとも連携して行う．さらに，生体サンプルを用いて構築した手法のバリデーションおよび各種サンプルにおけるメタボロームデータの取得を積極的に試みる．
定量解析用安定同位体ラベル化標準品の調製においては，引き続き安定同位体内部標準品群（Stable Isotope Labeled Internal Standard: SILIS）生産のための技術開発を進める．各種モデル生物を用いたin vivoでのSILIS合成では使用宿主を拡張するとともに，大腸菌を中心として合成代謝経路導入と代謝工学的宿主改変を適用することで野生型大腸菌に本来含まれない代謝物や，その他の宿主も含めて細胞内存在量の少ない代謝物を多く含有するSILIS生産基盤の構築に取り組む．さらに，上記メタボローム分析系への適用を図り，定量メタボロームデータの取得が可能なシステムの構築に取り組む．定量メタボロームデータ解析手法の開発についても，実データを用いて解析手法の開発を進めるとともに，実用化システムの構築に向けた各種取り組みを進める．
以上の次世代定量メタボローム分析法の開発を進めるとともに，現状の分析法を用いて，共同研究者と連携しながら各種代謝アダプテーション研究に精力的に取り組む．
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[Journal Article] Calibration-curve-locking database for semi-quantitative metabolomics by gas chromatography/mass spectrometry2021
Author(s)
Hata, K., Soma, Y., Yamashita, T., Takahashi, M., Sugitate, K., Serino, T., Miyagawa, H., Suzuki, K., Yamada, K., Kawamukai, T., Shiota, T., Izumi, Y., Bamba, T.
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Journal Title
Metabolites
Volume: 11(4)
Pages: 207
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Dynamic Metabolome Analysis Reveals the Metabolic Fate of Medium-Chain Fatty Acids in AML12 Cells2020
Author(s)
Fushimi, T., Izumi, Y., Takahashi, M., Hata, K., Murano, Y., Bamba, T.
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Journal Title
J. Agric. Food Chem.
Volume: 68 (43)
Pages: 11997-12010
DOI
Peer Reviewed
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