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大規模代謝反応ネットワークシステムの解析法の開発とその応用

Research Project

Project/Area Number 17J04007
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Life / Health / Medical informatics
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

桑門 温子  九州大学, 生物資源環境科学府, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2017-04-26 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2018: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords代謝反応ネットワーク / 感度解析 / BST / ネットワークチャート / 求根法
Outline of Annual Research Achievements

申請者は、前年度に開発した大規模代謝ネットワーク解析法とソフトウェアを完成させ、実際の細胞内代謝反応ネットワークシステムへ応用することを目的として、以下の4つの課題に取り組んだ。
第1の課題では、開発中の超高精度定常状態感度計算ソフトウェアiCOSMOSを完成するとともに、細胞内代謝反応ネットワークに適用し、定常状態感度解析を行った。このとき、iCOSMOSの計算精度と計算時間を評価するとともに、任意に作成した1000もの代謝物を含む直鎖状大規模代謝反応モデルに対しても、本ソフトが適用可能であることを確認した。
第2の課題では、iCOSMOSで計算される定常状態感度値等から、ネットワーク図を自動で描画するネットワークチャート作成ソフトウェアを完成させた。このとき、阻害反応などの影響もネットワーク図に示すことで、ネットワーク上での代謝物の流れを確認しながら、感度値の増減の理由を考察することが容易になった。
第3の課題では、本ソフトをiCOSMOSと共に代謝物数が13-40程度の様々な細胞内代謝反応ネットワークに適用し、ネットワーク図を描き定常状態感度解析を行った。感度値の3次元図とネットワーク図を合わせて用いれば、将来構築されるであろう、代謝物数が500程度の大規模代謝反応システムの数式モデルについても、感度値の変化が顕著な酵素反応を速やかに探しだし、その理由を容易に明らかにできるようになると期待される。
第4の課題では、当研究室で先に開発したSoftCADSにより計算される動的感度値を用いてネットワーク図を描き、その時間変化を動画にまとめるプログラムを作成した。本課題については引き続き検討を行う。
以上の研究により、代謝物の数が1000を超えるような大規模代謝反応ネットワークシステムの数式モデルに対しても、定常状態感度解析を精度よく効率良く行うことが可能になった。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2018 2017

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] A Promising Method for Calculating True Steady-State Metabolite Concentrations in Large-Scale Metabolic Reaction Network Models2018

    • Author(s)
      A. Miyawaki-Kuwakado, S. Komori, F. Shiraishi
    • Journal Title

      IEEE/ACM Transactions on Computational Biology and Bioinformatics

      Volume: 印刷中 Issue: 1 Pages: 27-36

    • DOI

      10.1109/tcbb.2018.2853724

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Evaluation of an S-system root-finding method for estimating parameters in a metabolic reaction model2018

    • Author(s)
      M. Iwata, A. Miyawaki-Kuwakado, E. Yoshida, S. Komori, F. Shiraishi
    • Journal Title

      Mathematical Biosciences

      Volume: 印刷中

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Software for Drawing Network Chart Using Steady-State Sensitivity Data and Its Application to Analysis of Metabolic Reaction Networks2018

    • Author(s)
      A. Miyawaki-Kuwakado, F. Shiraishi
    • Journal Title

      Eco-Engineering

      Volume: 30 (3)

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ネットワークチャート作成ソフトによる複雑な反応システムの特性解析2018

    • Author(s)
      桑門(宮脇)温子, 白石文秀
    • Organizer
      第62回宇宙科学技術連合講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 定常状態感度による代謝反応ネットワークチャートの作成2018

    • Author(s)
      桑門(宮脇)温子, 白石文秀
    • Organizer
      日本農芸化学会平成30年度西日本支部大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] システム感度に基づくネットワークチャート作成ソフトの開発2018

    • Author(s)
      桑門(宮脇)温子, 白石文秀
    • Organizer
      2018生態工学会年次大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 濃度と流束の感度の相互関係に基づく代謝反応ネットワークの特性解析2017

    • Author(s)
      桑門(宮脇)温子, 白石文秀
    • Organizer
      2017生態工学会年次大会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] A reasonable way to characterize metabolic reaction networks by connecting sensitivity values with respect to metabolite concentrations and fluxes2017

    • Author(s)
      A. Miyawaki-Kuwakado, F. Shiraishi
    • Organizer
      Eco-Engineering Symposium 2017: Application of Technology for Sustainability of Natural Resources
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of software for calculating metabolite concentrations and sensitivities at a steady-state efficiently and accurately2017

    • Author(s)
      A. Miyawaki-Kuwakado, S. Komori, F. Shiraishi
    • Organizer
      International Conference on Molecular Systems Biology 2017
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] iCOSMOSにより計算したネットワーク感度値の利用方法2017

    • Author(s)
      桑門(宮脇)温子, 小森 聡一郎, 白石 文秀
    • Organizer
      化学工学会第49回秋季大会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report

URL: 

Published: 2017-05-25   Modified: 2024-03-26  

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