2021 Fiscal Year Research-status Report
細菌の休眠ダイナミクスを示す代謝ネットワーク構造の解明
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21K20626
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
姫岡 優介 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (70903160)
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| Project Period (FY) |
2021-08-30 – 2023-03-31
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| Keywords | 代謝 / 動力学 / 細胞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
パンデミックの影響により、研究のために必須であった計算機の納品が行われたのが2022年の1月であった。そのため現時点における研究の進行は限定的なものである。
本研究は「休眠状態」と呼ばれる、微生物が飢餓状態で示す状態に関する理論研究である。休眠状態において微生物細胞は成長しない代わりに抗生物質などの幅広いストレスに耐性を示すことが知られている。また、この状態において代謝物質の濃度は非定常状態であることを示す実験的証拠が近年多く報告されており、動力学モデルにおける理解の重要さが認識されている。
本来の研究計画においては、KEGGなどの代謝反応データベースより代謝ネットワークを取得し、自らそれらのモデル化を行う予定であった。しかし本研究課題のシードとなった論文（Himeoka & Mitarai, bioRxiv 2021）に対する批判を鑑みて、自らのモデル化を行うのではなく、A. Khodayari, et al., Met. eng. 25 (2014): 50-62. や R. Z. Thornburg, et al., Cell, 185.2 (2022): 345-360. など、現存する大腸菌代謝システムの動力学モデルを詳細に調べることにした。これらのモデルをシミュレーションすることを通じて、異常緩和を示すための条件についていくらかの仮説をえることが出来たため、現在それらの検証を行なっているところである。
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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
本研究課題は大腸菌のような単純な生物において「休眠状態」と呼ばれる特殊な生化学的状態がどのようにして生じるかを明らかにすることを目的としたものである。
研究の初年度は、研究グループによって異なるプログラミング言語に対応して代謝動力学モデルを設定することに時間を費やした。とりわけ本研究の実行にあたり、大腸菌の代謝動力学モデルの実装は、先行研究の使用しているプログラミング言語が異なることが大きな障壁となったが、３つの先行研究で用いられた代謝動力学モデルを統一的な方法で記述した。
それぞれのモデルにおける緩和過程を観察したところ、定常状態への緩和の様相とネットワークの構造に関する関連性が見られたため、現在より詳細な解析を実行している。
進捗状況に関して注記すべきこととしては、パンデミックの影響により、研究のために必須であった計算機の納品が行われたのが2022年の1月であった。その点を鑑みると研究は十分順調に進行していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、昨年度の研究で得られた、代謝ダイナミクスにおいて異常緩和が出現する条件に関する仮説を検証する。具体的にはまず、ボトムアップ的にミニマルモデルを作成してメカニズムを抽出し、その後に生物学的にリアリスティックな代謝モデルにおいてもボトムアップモデルと同等のメカニズムが働いているかを確認する。
大腸菌の代謝モデルとしてはA. Khodayari, et al., Met. eng. 25 (2014): 50-62. や R. Z. Thornburg, et al., Cell, 185.2 (2022): 345-360. といった、すでに構築されているモデルを用いることを予定している。
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| Causes of Carryover |
884円で購入できるものは数本のボールペン程度であり、翌年に繰り越して書籍等の購入に充てるべきと考えたため
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Research Products
(1 results)
