バーチャルメタボリズム：代謝システムの標準ダイナミックモデル開発

• 研究課題/領域番号: 25280107
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生命・健康・医療情報学
• 研究機関: 九州工業大学
• 研究代表者: 倉田 博之 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 教授 (90251371)
• 連携研究者: 森 浩禎 奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 教授 (90182203)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 18,330千円 (直接経費: 14,100千円、間接経費: 4,230千円); 2015年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円); 2014年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円); 2013年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
• キーワード: システム生物学 / 情報科学 / シミュレーション / 代謝 / 合成生物学 / 生物プロセス / ネットワーク / 物質生産 / ダイナミクス / 数学モデル / 生体生命情報学 / 代謝ネットワーク / システム / 遺伝子

研究成果の概要

細胞機能の設計を目指す合成生物学のための基盤である物質変換・エネルギー代謝を担う中央代謝システム（解糖系、TCA回路、ペントースリン酸回路、補充経路）のダイナミックモデルを開発した。糖基質同化、細胞内の代謝物応答を担う遺伝子発現調節ネットワークを中央代謝反応回路に統合して、環境ストレスや遺伝的変化に対する細胞機能を予測した。世界最大規模のバーチャルメタボリズムモデルである。有用物質生産の設計、突然変異株の増殖適応メカニズムの解明に有用であった。

研究成果

• [雑誌論文] Metabolic analysis of antibody producing CHO cell culture under different stresses conditions (2016)
  • 著者名/発表者名: Md. Bahadur Badsha, Hiroyuki Kurata, Masayoshi Onitsuka, Takushi Oga, Takeshi Omasa
  • 雑誌名: J. Biosci. Bioeng. 巻: - 号: 1 ページ: 117-124
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2015.12.013
  • 査読あり
• [雑誌論文] S-system-based Analysis of the Robust Properties Common to Many Biochemical Network Models (2016)
  • 著者名/発表者名: Yu Matsuoka, Nusrat Jahan, Hiroyuki Kurata
  • 雑誌名: Bioprocess Biosyst Eng 巻: 39 号: 5 ページ: 735-746
  • DOI: 10.1007/s00449-016-1554-4
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Web application for Genetic Modification Flux with database to estimate metabolic fluxes of genetic mutants (2016)
  • 著者名/発表者名: Noorlin Mohd Ali, Ryo Tsuboi, Yuta Matsumoto, Daisuke Koishi, Kentaro Inoue, Kazuhiro Maeda, and Hiroyuki Kurata
  • 雑誌名: Journal of Bioscience and Bioengineering 巻: 印刷中 号: 1 ページ: 111-116
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2015.12.001
  • NAID: 40020886002
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Complementary elementary modes for fast and efficient analysis of metabolic networks (2014)
  • 著者名/発表者名: Md. Bahadur Badsha, Ryo Tsuboi, Hiroyuki Kurata
  • 雑誌名: Biochem Eng J. 巻: 90 ページ: 121130-121130
  • DOI: 10.1016/j.bej.2014.05.022
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] CADLIVE toolbox for MATLAB: automatic dynamic modeling of biochemical networks with comprehensive system analysis (2014)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Inoue, Kazuhiro Maeda, Takaaki Miyabe, Yu Matsuoka, Hiroyuki Kurata
  • 雑誌名: Bioprocess and Biosystems Engineering 巻: Epub 号: 9 ページ: 19251927-19251927
  • DOI: 10.1007/s00449-014-1167-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analytical study of robustness of a negative feedback oscillator by multiparameter sensitivity (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro Maeda, Hiroyuki Kurata
  • 雑誌名: BMC Syst. Biol. 巻: 8 号: S5 ページ: 112-112
  • DOI: 10.1186/1752-0509-8-s5-s1
  • NAID: 120005698506
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dynamic Modeling of Metabolic and Gene Regulatory Systems toward Developing Virtual Microbes (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Kurata, Kazuhiro Maeda, Yu Matsuoka
  • 雑誌名: JOURNAL OF CHEMICAL ENGINEERING OF JAPAN 巻: 47 号: 1 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1252/jcej.13we152
  • NAID: 130003361309
  • ISSN: 0021-9592, 1881-1299
  • 査読あり
• [雑誌論文] S-systemを用いた代謝反応モデルの感度解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松岡結, Nusrat Jahan, 倉田博之
  • 雑誌名: IPSJ SIG technical reports 巻: BIO-37(1) ページ: 1-2
  • NAID: 110009675848
• [雑誌論文] Effect of cra gene mutation on the metabolism of Escherichia coli for a mixture of multiple carbon sources (2013)
  • 著者名/発表者名: Ruilian Yao, Hiroyuki Kurata, Kazuyuki Shimizu
  • 雑誌名: Advances in Bioscience and Biotechnology 巻: 4 号: 03 ページ: 477-486
  • DOI: 10.4236/abb.2013.43a063
  • NAID: 120005698503
  • 査読あり
• [雑誌論文] BioFNet: Biological functional network database for analysis and synthesis of biological systems (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Kurata, Kazuhiro Maeda, Toshikazu Onaka, Takenori Takata
  • 雑誌名: Briefings in Bioinformatics 巻: Epub 号: 5 ページ: 699-709
  • DOI: 10.1093/bib/bbt048
  • 査読あり
• [雑誌論文] 大腸菌アンモニア同化制御機構のダイナミックモデルの構築 (2013)
  • 著者名/発表者名: 前田和勲, Fred C. Boogerd, Frank J. Bruggeman, Hans V. Westerhoff, 倉田博之
  • 雑誌名: IPSJ SIG technical reports 巻: BIO-35(7) ページ: 1-6
  • NAID: 110009605329
• [雑誌論文] Database for predicting a metabolic flux distribution within a cell (2013)
  • 著者名/発表者名: Noorlin MohdAli , Kentaro Inoue , Hiroyuki Kurata
  • 雑誌名: IPSJ SIG technical reports 巻: BIO-35(6) ページ: 1-2
• [雑誌論文] Complementary elementary mode analysis for large-scale metabolic networks, (2013)
  • 著者名/発表者名: Md. BahadurBadsha , Ryo Tsuboi , Hiroyuki Kurata
  • 雑誌名: IPSJ SIG technical reports 巻: BIO-35(5) ページ: 1-2
• [学会発表] 増永拓之、倉田博之、動的感度を用いたErbBシグナル伝達ネットワークのロバストネス解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 増永拓之、倉田博之
  • 学会等名: 化学工学会第81回年会
  • 発表場所: 関西大学
  • 年月日: 2016-03-13
• [学会発表] Developing a kinetic model of the E. coli ammonium assimilation network (2015)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro Maeda, Fred C. Boogerd, Hans V. Westerhoff, Hiroyuki Kurata
  • 学会等名: Proceedings of the 16th International Conference on Systems Biology
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 2015-11-23
  • 国際学会
• [学会発表] A detailed kinetic model of E. coli central metabolism in a batch culture (2015)
  • 著者名/発表者名: Nusrat Jahan, Kazuhiro Maeda, Yu Matsuoka, Yurie Sugimoto, Hiroyuki Kurata
  • 学会等名: Proceedings of Asian Congress on Biotechnology 2015 (ACB2015)
  • 発表場所: Kuala Lumpur, Malaysia
  • 年月日: 2015-11-15
  • 国際学会
• [学会発表] Effect of NaCl and Trehalose Condition on Antibody Producing CHO Cell Culture. (2015)
  • 著者名/発表者名: Md. Bahadur Badsha, Hiroyuki Kurata, Masayoshi Onitsuka, Takushi Oga, Takeshi Omasa
  • 学会等名: Proceedings of Asian Congress on Biotechnology 2015 (ACB2015)
  • 発表場所: Kuala Lumpur, Malaysia
  • 年月日: 2015-11-15
  • 国際学会
• [学会発表] 抗体生産強化のためのCHO細胞メタボロームの統計解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 倉田博之
  • 学会等名: 化学工学会第47回秋季大会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2015-09-19
• [学会発表] For mutual repression: Noise induced bimodality, even multimodality in deterministically monostable description without cooperative binding (2015)
  • 著者名/発表者名: A.B.M. Shamim Ul Hasan, Hiroyuki Kurata
  • 学会等名: Proceedings of GIW/InCoB, Odaiba
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 2015-09-09
  • 国際学会
• [学会発表] Construction of a dynamic model for the central metabolism of Escherichia coli (2015)
  • 著者名/発表者名: Nusrat Jahan, Kazuhiro Maeda, Yu Matsuoka, Yurie Sugimoto, Hiroyuki Kurata
  • 学会等名: Proceedings of GIW/InCoB
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 2015-09-09
  • 国際学会
• [学会発表] Metabolome analysis of CHO cell culture under different stresses (2015)
  • 著者名/発表者名: Md. Bahadur Badsha, Hiroyuki Kurata, Masayuki Onitsuka, Takushi Oga, Takeshi Omasa
  • 学会等名: Proceedings of GIW/InCoB
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 2015-09-09
• [学会発表] Dynamic sensitivity analysis of ErbB signaling network (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Masunaga, Ryunosuke Itasaki, Kentaro Inoue, Mariko Okada, Hiroyuki Kurata
  • 学会等名: Proceedings of GIW/InCoB
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 2015-09-09
  • 国際学会
• [学会発表] Dynamic modeling of the E. coli ammonium assimilation network (2015)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro Maeda, Fred Boogerd, Hans Westerhoff, Hiroyuki Kurata
  • 学会等名: Proceedings of GIW/InCoB
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 2015-09-09
• [学会発表] アンモニア同化システムの詳細なダイナミックモデル (2015)
  • 著者名/発表者名: 倉田博之
  • 学会等名: 化学工学第80回年会
  • 発表場所: 芝浦工業大学
  • 年月日: 2015-03-19 – 2015-03-21
• [学会発表] 情報工学を基盤としたバイオメディカルインフォマティクスおよびコンピュータ支援による診断予防治療介護医薬品開発システム (2015)
  • 著者名/発表者名: 倉田博之
  • 学会等名: 第2回シンポジウムYUBECS2 「次世代治療・診断技術の開発のための医工学」
  • 発表場所: 東京田町
  • 年月日: 2015-03-10
  • 招待講演
• [学会発表] Synthesis and decomposition approach for rational design of a biochemical network (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Kurata
  • 学会等名: Third BMIRC International Symposium for Virtual Physiological Human
  • 発表場所: Fukuoka
  • 年月日: 2015-03-05 – 2015-03-06
• [学会発表] Toward a quantitative in silico model for the E. coli ammonium assimilation system (2015)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro Maeda, Fred C. Boogerd, Frank J. Bruggeman, Hans V. Westerhoff, Hiroyuki Kurata
  • 学会等名: Third BMIRC International Symposium for Virtual Physiological Human
  • 発表場所: Fukuoka
  • 年月日: 2015-03-05 – 2015-03-06
• [学会発表] Analytical study of robustness of a negative feedback oscillator by multiparameter sensitivity (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro Maeda, Hiroyuki Kurata
  • 学会等名: GIW/ISCB-Asia 2014
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 2014-12-15 – 2014-12-17
• [学会発表] 設計原理に基づく生物システムの合理的合成 (2014)
  • 著者名/発表者名: 倉田博之
  • 学会等名: 平成26年度JSBi生命システム理論研究会
  • 発表場所: 京都大学iPS細胞研究所
  • 年月日: 2014-11-18
  • 招待講演
• [学会発表] 代謝とシステムバイオロジー (2014)
  • 著者名/発表者名: 倉田博之
  • 学会等名: 第87回日本生化学会大会
  • 発表場所: 京都国際会議場
  • 年月日: 2014-10-17
  • 招待講演
• [学会発表] 生物システムの合理的設計を支援するBioFNetデータベース (2014)
  • 著者名/発表者名: 倉田博之
  • 学会等名: 化学工学会第46回秋季大会
  • 発表場所: 九州大学
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-19
• [学会発表] Integration of omics into metabolic flux distribution by complementary elementary mode analysis for large-scale metabolic networks (2014)
  • 著者名/発表者名: Md. Bahadur Badsha
  • 学会等名: 3rd International Conference and Exhibition on Metabolomics & Systems Biology
  • 発表場所: San Antonio, USA
• [学会発表] 生物学的基本ネットワークの組み立てによるダイナミックモデルの合理的設計 (2014)
  • 著者名/発表者名: 倉田博之，前田和勲
  • 学会等名: 化学工学会第79年会
  • 発表場所: 岐阜大学
• [学会発表] ゲノムスケールヒト代謝ネットワークの高速エレメンタリモード解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 倉田博之、Badsha Md. Bahadur, 坪井遼
  • 学会等名: 化学工学会第45回秋季大会
  • 発表場所: 岡山大学
• [図書] システム工学的アプローチを用いた細胞モデリング，In 抗体医薬における細胞構築・培養・ダウンストリームのすべて（ファインケミカルシリーズ） (2015)
  • 著者名/発表者名: 倉田博之
  • 総ページ数: 200
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] 抗体医薬における細胞構築・培養・ダウンストリームのすべて (2015)
  • 著者名/発表者名: 倉田博之
  • 総ページ数: 273
  • 出版者: シーエムシー出版
• [備考] ＣＡＤＬＩＶＥ
  • URL: http://www.cadlive.jp
• [備考] BMIRC
  • URL: http://www.bmirc.kyutech.ac.jp/
• [備考] ＣＡＤＬＩＶＥ
  • URL: http://www.cadlive.jp/
• [備考] Virtual Physiological Human
  • URL: http://www.bmirc.jp/2015/
• [備考] BioFNet
  • URL: http://kurata22.bio.kyutech.ac.jp/db/pub/pub_main.php?Ver=3.6