酵素反応の選択性と多様性の情報解析

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26430198
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 荒木 通啓 神戸大学, 自然科学系先端融合研究環重点研究部, 准教授 (40396867)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 合成生物学 / 代謝工学 / バイオインフォマティクス

Outline of Annual Research Achievements

酵素反応データとしてKEGG・BRENDA等を利用し、化合物データとして主としてPubChemデータベースを利用して、独自の酵素反応データベースを構築した。酵素反応情報としては、EC番号、生物種、遺伝子情報、基質・生成物、補酵素情報、活性情報(kcat・Km)、熱力学情報といった各基本情報のうち酵素遺伝子選択を行うために必要な情報を集積し、SQLにてデータベースを構築していくと同時に、データの質を確保していくための独自キュレーションを行った。一般に、酵素反応データベースは、EC番号をエントリとして関連する反応・遺伝子情報を記述したフラットファイルにより構成されているが、本研究では化合物ならびに化合物ペアに対して各情報を関連づけたデータ形式をもとにウェブベースのユーザインターフェースを構築した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

独自酵素反応データベースの構築については、ユーザインターフェースの開発も含めて概ね達成しており、今後の生物・化学情報解析に向けた基盤として活用していく。

Strategy for Future Research Activity

酵素反応の基質・生成物の選択性に関する知識を各種のデータから総合的に判断していくために、オーソログ解析による生物種・遺伝子解析、酵素活性依存度の解析、補酵素要求性などの酵素そのものに関する生物情報解析に加えて、化学構造・反応の類似度比較といった化学情報解析をもとに、各特徴について数値化を行う。これをもとに、任意の基質・生成物ならびに化合物ペアに対して酵素遺伝子を選択していく上で、属人的な知識と直観を再現しうる重み付けならびにスコア関数を定義していく。また、生物・化学情報解析により、既知データ以外にも推定データを含めた酵素反応データベースの拡張を行い、ユニークな酵素に対しても新たな情報を付加していく。

Research Products

• [Journal Article] M-path: A Compass for Navigating Potential Metabolic Pathways (2015)
  • Author(s): Araki, M., Cox III, R.S., Makiguchi, H., Ogawa, T., Taniguchi, T., Miyaoku, K., Nakatsui M., Hara, K.Y., Kondo, A.
  • Journal Title: Bioinformatics Volume: 31 Pages: 905-911
  • DOI: 10.1093/bioinformatics/btu750
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Development of bio-based fine chemical production through synthetic bioengineering (2014)
  • Author(s): Hara, K.Y., Araki, M., Okai, N., Wakai, S., Hasunuma, T., Kondo, A.
  • Journal Title: Microbial Cell Factories Volume: 13 Pages: 173
  • DOI: 10.1186/s12934-014-0173-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] M-path: Construction of a Database for Expanded Metabolic Pathways (2014)
  • Author(s): Ogawa, T., Makiguchi, H., Cox III, RS., Nakatsui M., Kondo, A., Taniguchi, T., Miyaoku, K. and Araki, M.
  • Organizer: Active Enzyme Molecule 2014
  • Place of Presentation: Toyama International Conference Center, Toyama
  • Year and Date: 2014-12-17 – 2014-12-19
• [Presentation] Meta-synthetic metabolism: in silico design of novel amino acids from all-organism data (2014)
  • Author(s): Cox III, RS., Nakatsui M., Makiguchi, H., Ogawa, T., Kondo, A., Araki, M.
  • Organizer: GIW ISCB-ASIA 2014
  • Place of Presentation: CBRC, Tokyo
  • Year and Date: 2014-12-15 – 2014-12-17
• [Presentation] M-path: 拡張代謝パスウェイデータベースの構築 (2014)
  • Author(s): 牧口大旭、小川哲平、中津井雅彦、Cox III, RS.、近藤昭彦、谷口岳志、宮奥康平、荒木通啓
  • Organizer: 第37回分子生物学会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜、横浜
  • Year and Date: 2014-11-26
• [Presentation] 代謝設計基盤（M-path）によるバイオ合成スコープの拡張 (2014)
  • Author(s): 荒木通啓
  • Organizer: 合成生物工学シンポジウム
  • Place of Presentation: 神戸大学、神戸
  • Year and Date: 2014-11-25
  • Invited
• [Presentation] バイオプロセス合成経路データベース"M-path"の構築 (2014)
  • Author(s): 小川哲平、牧口大旭、谷口岳志、宮奥康平、中津井雅彦、Cox III, RS.、近藤昭彦、荒木通啓
  • Organizer: 第３回生命医薬情報学連合大会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター、仙台
  • Year and Date: 2014-10-02 – 2014-10-04
• [Presentation] Computational platform for designing synthetic metabolic pathways (2014)
  • Author(s): Michihiro Araki
  • Organizer: 7th International Congress on Biocatalysis
  • Place of Presentation: Hamburg University of Technology, Hamburg, Germany
  • Year and Date: 2014-09-03
  • Invited
• [Presentation] Mpath: Computationally-Aided Design of Synthetic Metabolic Pathways (2014)
  • Author(s): Cox III, RS., Nakatsui M., Makiguchi, H., Ogawa, T., Kondo, A., Araki, M.
  • Organizer: SEED2014
  • Place of Presentation: Manhattan Beach, LA, USA
  • Year and Date: 2014-07-14 – 2014-07-17
• [Book] データベースからの再発見 (2014)
  • Author(s): 荒木通啓
  • Total Pages: 1
  • Publisher: 生物工学会誌（バイオミディア）
• [Remarks] M-path EN
  • URL: http://bp.scitec.kobe-u.ac.jp/m-path/en