2014 Fiscal Year Research-status Report
大腸菌アンモニア同化制御の定量的ダイナミックモデル構築とシステム的理解
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26870432
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
前田 和勲 九州工業大学, 若手研究者フロンティア研究アカデミー, 助教 (50631230)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 大腸菌 / 窒素代謝 / アンモニア / ダイナミックモデル / シミュレーション / システムバイオロジー / 微分方程式 / 最適化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、大腸菌アンモニア同化の定量的ダイナミックモデル構築とその制御構造の理解である。平成26年度では、大腸菌アンモニア同化システムのダイナミックモデルが概ね完成した。
まず、制約付き最適化を用いた新しい動力学パラメータ推定法を開発した。これにより動力学パラメータの測定値からの変更を最小限に留めながら、実験データを定量的に再現できるダイナミックモデルを構築することができた。既存のダイナミックモデル(Bruggeman et al., FEBS J, 2005)にアンモニア輸送とその制御を追加した。当初の研究計画では、アンモニア輸送はモデルに含めない予定であったが、より予測能力の高いモデルを構築するためにアンモニア輸送もモデルに追加した。また、培養条件の違いを再現できるようにアンモニアの拡散もモデリングした。その結果、異なる3つのグループが報告した培養条件の異なる実験データを定量的に再現できるモデルを構築できた。
今後は、構築したダイナミックモデルを使って、アンモニアトランスポーターのアクティブトランスポーター説とチャネル説を検証する。また、近年報告されている積分フィードバック制御に関しても詳細に解析する。現在のところ、遺伝子発現制御はモデルに含めておらず、酵素の濃度はモデルへの入力として与えている。今後は、遺伝子発現制御を微分方程式でモデリングすることを目指す。遺伝子発現制御を追加後、我々のグループが予測していた履歴現象が生じるかどうか検証する。
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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
新しい動力学パラメータ推定法の開発とダイナミックモデル構築という目標を達成することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、まずロバストネス解析を行う。さらに、遺伝子発現制御をモデルに加える。
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| Causes of Carryover |
海外共同研究者との打ち合わせを、その研究者の大学ではなく、学会会場で行ったために海外出張費が抑えられた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成27年度のスーパーコンピュータ使用料として使う。
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[Presentation] 大腸菌アンモニア同化システムのダイナミックモデル構築2015
Author(s)
Kazuhiro Maeda, Fred C. Boogerd, Frank J. Bruggeman, Hans V. Westerhoff, and Hiroyuki Kurata
Organizer
定量生物学の会 第七回年会
Place of Presentation
福岡県春日市 九州大学筑紫キャンパス 筑紫ホール・C-cube
Year and Date
2015-01-11 – 2015-01-12
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