2016 Fiscal Year Annual Research Report
多層階の動的代謝解析による律速点同定とフラックス最適化法の開発
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16H04576
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
清水 浩 大阪大学, 情報科学研究科, 教授 (00226250)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松田 史生 大阪大学, 情報科学研究科, 准教授 (50462734)
戸谷 吉博 大阪大学, 情報科学研究科, 助教 (70582162)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 反応速度論 / 物質生産 / インシリコデザイン / 代謝フラックス / 生物情報工学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
微生物による有用物質生産を実現するには、微生物が有する代謝系を合理的に改変し、生産収率および生産速度の両方を最大化する必要がある。従来の研究では、合理的な生合成経路の改良や生産性の向上の方法が未開発であった。本研究では、生産速度の向上に焦点を当て、代謝経路中に潜む律速点を同定する方法について研究を行うことを目的としている。バイオプロセスに用いる微生物代謝経路中の律速点を同定する手法を開発し、生産速度の最適化を実現するための新たな代謝デザイン法を開発する。そのために精密定量したin vivoの代謝定量データ（代謝物質濃度、酵素量、代謝フラックス）から、代謝経路の律速点を高精度に同定する方法論を確立する。
本年度は、基幹微生物として大腸菌を選択し細胞内の代謝物質濃度の絶対定量法の開発を行った。また、定量プロテオミクスにおいては、細胞からタンパク質を抽出し、トリプシン消化したペプチド断片のマス情報(m/z)に基づいて、炭素中心代謝系の酵素タンパク質の一斉定量法を確立した。さらに、13C標識グルコースを用いて培養を行い、抽出した代謝物質中の13C標識割合のデータから代謝フラックスを決定する手法を確立した。次に、得られたデータから代謝物質の濃度プロファイルを用いて、代謝律速点候補の絞り込みを行なう方法の基盤構築について検討を開始した。大腸菌の代謝物質の絶対定量データを用いて平衡状態から遠い反応、近い反応を議論するためのプラットフォームの構築を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究は、精密定量したin vivoの代謝定量データから、代謝経路の律速点を高精度に同定する方法論を確立することを目的としている。H28年度は、代謝定量データ（代謝物質濃度、酵素量、代謝フラックス）を計測する方法開発を確立することを目的としたが、研究成果が得られており、研究は順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、代謝物質濃度の絶対定量法、定量プロテオミクス法により得られたデータをもとに代謝解析を進める。代謝物質濃度の絶対定量データ、炭素中心代謝系の酵素タンパク質を一斉定量データに基づいて代謝改変の糸口を見出すことを計画している。特に、代謝物質の濃度プロファイルを用いて、代謝律速点候補を探索する。
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[Book] BIOTECHNOLOGY, Wiley-VCH book series, Weinheim, Vol 5: Applied Bioengineering: Innovations and Future Directions, Chapter 7, Omics integrations for the state analysis of microbial processes2017
Author(s)
Hiroshi Shimizu, Chikara Fursawa, Takashi Hirasawa, KatsunoriYoshikawa, Yoshihiro Toya, Tomokazu Shirai, and Fumio Matsuda
Total Pages
36
Publisher
Wiley-VCH
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