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

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

Research Project

Project/Area Number 16H04576
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

清水 浩  大阪大学, 情報科学研究科, 教授 (00226250)

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)
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
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
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。

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。

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。

  • Research Products

    (19 results)

All 2017 2016 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 3 results) Book (3 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] 第4章-13 細胞内中心代謝フラックスの解析」できる・わかる生命科学の数理モデルとシミュレーション2017

    • Author(s)
      松田史生
    • Journal Title

      実験医学2017年3月増刊号

      Volume: 35 Pages: 207-210

  • [Journal Article] 13C-metabolic flux analysis for mevalonate producing Escherichia coli2016

    • Author(s)
      Keisuke Wada, Yoshihiro Toya, Satomi Banno, Katsunori Yoshikawa, Fumio Matsuda, Hiroshi Shimizu
    • Journal Title

      Journal of Bioscience and Bioengineering

      Volume: 123 Pages: 177-182

    • DOI

      10.1016/j.jbiosc.2016.08.001

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Recent advances in amino acid production by microbial cells2016

    • Author(s)
      Takashi Hirasawa and Hiroshi Shimizu
    • Journal Title

      Current Opinion in Biotechnology

      Volume: 42 Pages: 133-146

    • DOI

      10.1016/j.copbio.2016.04.017

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 定常期における大腸菌メバロン酸生産株の13C代謝フラックス解析2017

    • Author(s)
      増田亜美、徳山健斗、戸谷吉博、清水浩
    • Organizer
      化学工学会 第82年会
    • Place of Presentation
      芝浦工業大学豊洲キャンパス(東京都江東区)
    • Year and Date
      2017-03-06 – 2017-03-08
  • [Presentation] 実験室進化実験に基づく大腸菌の高コハク酸生産に有効な変異同定2017

    • Author(s)
      徳山 健斗, 戸谷 吉博, 堀之内 貴明, 古澤 力, 清水 浩,
    • Organizer
      化学工学会 第82年会
    • Place of Presentation
      芝浦工業大学豊洲キャンパス(東京都江東区)
    • Year and Date
      2017-03-06 – 2017-03-08
  • [Presentation] Metabolic flux measurement for efficient mevalonate production in Escherichia coli2016

    • Author(s)
      Yoshihiro Toya, Keisuke Wada, Ami Masuda, Kento Tokuyama, Satomi Banno, Katsunori Yoshikawa, Fumio Matsuda, Hiroshi Shimizu
    • Organizer
      i-BioP2016
    • Place of Presentation
      Haeundae Grand Hotel , Busan, South Korea
    • Year and Date
      2016-12-16 – 2016-12-18
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Integration of in silico design and experimental evaluation of metabolic pathways for creation of microbial cell factories,2016

    • Author(s)
      Hiroshi Shimizu
    • Organizer
      International Conference on the Metabolic Science,
    • Place of Presentation
      Nanjiao Hotel, Shanghai China,
    • Year and Date
      2016-10-20 – 2016-10-23
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 13C-metabolic flux analysis for rational design of metabolic pathway modification of the industrially useful microorganisms2016

    • Author(s)
      Hiroshi Shimizu
    • Organizer
      The 13th International Symposium on the Genetics of Industrial Microorganisms
    • Place of Presentation
      East Lake Hotel, Wuhan, China
    • Year and Date
      2016-10-16 – 2016-10-20
    • Invited
  • [Presentation] メバロン酸生産大腸菌の細胞内代謝状態の定量的な評価2016

    • Author(s)
      永井 暉, 戸谷 吉博, 松田 史生, 清水 浩
    • Organizer
      第68回日本生物工学会大会(2016)
    • Place of Presentation
      冨山国際会議場 ANAクラウンプラザホテル富山(富山県富山市)
    • Year and Date
      2016-09-28 – 2016-09-30
  • [Presentation] メバロン酸生産大腸菌株の定常期における代謝状態の解明2016

    • Author(s)
      増田亜美,戸谷 吉博、徳山 健斗、坂野 聡美、吉川 勝徳、清水 浩
    • Organizer
      第68回日本生物工学会大会(2016)
    • Place of Presentation
      冨山国際会議場 ANAクラウンプラザホテル富山(富山県富山市)
    • Year and Date
      2016-09-28 – 2016-09-30
  • [Presentation] #in silico#代謝設計と実験室進化実験の統合によるコハク酸高生産大腸菌の構築2016

    • Author(s)
      徳山 健斗、戸谷 吉博、清水 浩
    • Organizer
      化学工学会第48回秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学 常三島キャンパス(徳島県徳島市)
    • Year and Date
      2016-09-06 – 2016-09-08
  • [Presentation] 大腸菌による効率的なメバロン酸生産のための代謝解析2016

    • Author(s)
      戸谷吉博、和田圭介、増田亜美、徳山健斗、坂野聡美、吉川勝徳、松田史生、清水浩
    • Organizer
      化学工学会第48回秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学 常三島キャンパス(徳島県徳島市)
    • Year and Date
      2016-09-06 – 2016-09-08
  • [Presentation] In silico代謝デザインと13C代謝フラックス解析による微生物細胞工場の創製2016

    • Author(s)
      清水浩
    • Organizer
      第6回合成生物工学シンポジウム
    • Place of Presentation
      神戸大学百年記念館六甲ホール(兵庫県神戸市灘区)
    • Year and Date
      2016-07-28 – 2016-07-28
    • Invited
  • [Presentation] グリセロールからのコハク酸生産に向けたin silico代謝設計と実験評価2016

    • Author(s)
      徳山健斗、戸谷吉博、清水浩
    • Organizer
      2016年度生物工学若手研究者の集い(若手会)夏のセミナー
    • Place of Presentation
      ホテルコンチネンタル府中(東京都府中市)
    • Year and Date
      2016-07-16 – 2016-07-17
  • [Presentation] 13C-Metabolic Flux Analysis for Mevalonate-Producing Strain of Escherichia coli.2016

    • Author(s)
      Wada, K., Toya, Y., Matsuda, F. and Shimizu, H.
    • Organizer
      Metabolic Engineering 11
    • Place of Presentation
      Awaji Yumebutai(兵庫県淡路市)
    • Year and Date
      2016-06-26 – 2016-06-30
    • Int'l Joint Research
  • [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
  • [Book] BIOTECHNOLOGY, Wiley-VCH book series, Weinheim, Vol 5: Applied Bioengineering: Innovations and Future Directions, Chapter 8, Control of Microbial Processes2017

    • Author(s)
      Kazuyuki Shimizu, Hiroshi Shimizu, Toshiomi Yoshida,
    • Total Pages
      22
    • Publisher
      Wiley-VCH
  • [Book] BIOTECHNOLOGY, Wiley-VCH book series, Weinheim, Vol 4: Indsutrial Biotechnology Products and Processes, Chapter 11. Glutamic acid fermentation: Discovery of glutamic acid-producing microorganisms, analysis of the production mechanism, metabolic engineering and industrial production process2017

    • Author(s)
      Takashi Hirasawa and Hiroshi Shimizu
    • Total Pages
      22
    • Publisher
      Wiley-VCH
  • [Remarks] 清水浩研究室

    • URL

      http://www-shimizu.ist.osaka-u.ac.jp/hp/index.html

URL: 

Published: 2018-01-16  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi