| 研究課題/領域番号 |
16K00391
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
生命・健康・医療情報学
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
田村 武幸 京都大学, 化学研究所, 准教授 (00437261)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2019年度)
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| 配分額 *注記 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2016年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
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| キーワード | 代謝ネットワーク / アルゴリズム / 有用物質生産 / 流束均衡解析モデル / ブーリアンモデル / NP完全問題 / 流束均衡解析 / 数理モデル / 反応削除戦略 / 生育結合 / 線形計画 / ブーリアンネットワーク / 遺伝子制御ネットワーク / NP完全 / 整数計画法 / 定常状態 / unification問題 / 遺伝子ネットワーク / GPRネットワーク / 整数線形計画法 / 細胞の制御 / 制御方法 |
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| 研究成果の概要 |
細胞内では数千以上もの化学反応が適切なタイミングで適切な量おこることにより、生命機能が維持される。この一連の化学反応を代謝と呼び、各反応の関係を表したネットワークを代謝ネットワークと呼ぶ。本研究では、(1)有用物質を効率的に生産するために削除すべき反応を高速に計算するアルゴリズムを開発・実装してフローモデルによる計算機シミュレーションにより検証した。(2)元の状態では生産されてしまう不要な代謝物を生産されなくして、かつ元の状態では生産されない必要な代謝物が生産されるようにするために追加すべき反応と削除すべき反応を同時に計算する高速アルゴリズムを開発・実装して、0/1モデルにより検証した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
微生物等の代謝機能を利用した有用物質の生産は、従来の化石燃料等に基づく物質生産にくらべて環境の負荷が小さく、持続可能性が高い。しかし自然状態のままで微生物が生産できる物質は限定的であり、所望の物質を効率よく生産するためには代謝ネットワークを改めてデザインする必要がある。しかしデザインのための組み合わせの数は膨大であり、すべての場合を試すことは不可能である。そこで代謝ネットワークを適切に効率よくデザインするための手法が必要になる。本研究で開発したアルゴリズムは、元の代謝ネットワークから削除や追加すべき反応を効率よく計算可能であり、物質生産の枠組みを根本的に刷新するための数理的な基盤を提供する。
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