2021 Fiscal Year Annual Research Report
Algorithms for metabolic network design for producing useful substances
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20H04242
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
田村 武幸 京都大学, 化学研究所, 准教授 (00437261)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
遠里 由佳子 立命館大学, 情報理工学部, 教授 (80346171)
高坂 智之 山口大学, 大学研究推進機構, 准教授 (70500453)
武藤 愛 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 訪問研究員 (80730506)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | アルゴリズム / 代謝ネットワーク / 反応削除問題 / 遺伝子削除問題 / 増殖連動生産 / 有用物質生産 / 線形計画問題 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
与えられた制約モデルの代謝ネットワークと目的化合物に対し、増殖連動生産を実現する反応削除戦略を計算する問題に対する改良アルゴリズムを開発した。CubeProdは2020年度に研究代表者が開発したアルゴリズムで、解空間を細胞増殖率、目的物質生産率、反応速度の絶対値総和の３軸を用いて分割して、分割された小さな解空間の１つずつで解を探索して、高速化を達成していた。CubeProdにおいては解空間分割の解像度を徐々に大きくする必要があるが、その際に解の存在する可能性のない解空間まで探索してしまうという問題があった。2021年度には、この点を克服したアルゴリズムであるdynCubeProdを開発して、さらなる高速化に成功して、反応削除戦略が計算できる目的化合物の数を増やすことができた。dycCubeProdでは大小の解空間どうしの包含関係を考慮して、包含する側の解空間に解が存在しない場合には、包含される側の解空間は探索を中止することにより高速化を達成した。dynCubeProdに関するジャーナル論文を出版した。
遺伝子による反応の制御関係も考慮する制約モデルの代謝ネットワークに対して、目的化合物の増殖連動生産を達成する遺伝子削除戦略を計算するアルゴリズムgDel_minRNを開発・公開して口頭発表を行った。gDel_minRNでは増殖連動生産を達成するコア部分を計算することができる。
また有用物質を生産する代謝ネットワーク設計に関する日本語の解説記事を執筆して、JSBi Bioinformatics Reviewより出版した。
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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
当初の予定通り、反応削除アルゴリズムの高速化と、遺伝子削除アルゴリズムの開発を2021年度までに達成することができたので、おおむね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度は遺伝子削除アルゴリズム・ソフトウェアの実用化を進めて、様々な共同研究を推進していく。
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