代謝ネットワークから解き明かす生物－環境相互作用：解析基盤の確立と応用

• 研究課題/領域番号: 25700030
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 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: 竹本 和広 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 准教授 (40512356)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 21,060千円 (直接経費: 16,200千円、間接経費: 4,860千円); 2016年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2015年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2014年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2013年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
• キーワード: ネットワーク科学 / 代謝ネットワーク / 数値モデル / 生態学 / 進化 / ネットワーク理論 / 数理モデル / 微生物生態

研究成果の概要

環境・医学分野において生物と環境のつながりを理解することは重要であり、そのための基礎理論構築と解析手法の確立は急務である。本研究課題では、多様な生物種の代謝ネットワークを用いることで、これまで特徴付けることが難しかった生物－環境相互作用を理解しやすいかたちで抽出・定量化するための手法を構築した。これを様々な分野の問題に適用し、多くの生物学的知見を得た。これらの結果はゲノム情報に基づく新たな医療診断や環境影響評価の基盤になると期待できる。

研究成果

• [雑誌論文] Data integration aids understanding of butterfly-host plant networks (2017)
  • 著者名/発表者名: Muto-Fujita A, Takemoto K, Kanaya S, Nakazato T, Tokimatsu T, Matsumoto N, Kono M, Chubach, Y, Ozaki K, Kotera M
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 43368-43368
  • DOI: 10.1038/srep43368
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Exosomes in mammals with greater habitat variability contain more proteins and RNAs (2017)
  • 著者名/発表者名: Takemoto K, Imoto M
  • 雑誌名: Royal Society Open Science 巻: 4 号: 4 ページ: 170162-170162
  • DOI: 10.1098/rsos.170162
  • NAID: 120006649513
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 代謝ネットワークを用いた微生物生態系の可視化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 竹本和広
  • 雑誌名: 実験医学増刊 巻: 35 ページ: 211-214
• [雑誌論文] Human impacts and climate change influence nestedness and modularity in food-web and mutualistic networks (2016)
  • 著者名/発表者名: Takemoto K, Kajihara K
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 11 号: 6 ページ: e0157929-e0157929
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0157929
  • NAID: 120006649514
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Analysis of the effect of degree correlation on the size of minimum dominating sets in complex networks (2016)
  • 著者名/発表者名: Takemoto K, Akutsu T
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 11 号: 6 ページ: e0157868-e0157868
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0157868
  • NAID: 120005819482
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Importance of metabolic rate to the relationship between the number of genes in a functional category and body size in Peto's paradox for cancer (2016)
  • 著者名/発表者名: Takemoto K, Ii M, Nishizuka SS
  • 雑誌名: Royal Society Open Science 巻: 3 号: 9 ページ: 160267-160267
  • DOI: 10.1098/rsos.160267
  • NAID: 120006649512
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] An automated system for evaluation of the potential functionome: MAPLE version 2.1.0 (2016)
  • 著者名/発表者名: Takami H, Tanigichi T, Arai W, Takemoto K, Moriya Y, Goto S
  • 雑誌名: DNA Research 巻: 23 号: 5 ページ: 467-475
  • DOI: 10.1093/dnares/dsw030
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Habitat variability does not generally promote metabolic network modularity in flies and mammals (2016)
  • 著者名/発表者名: Takemoto K
  • 雑誌名: Biosystems 巻: 139 ページ: 46-54
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Systematic Protein Level Regulation via Degradation Machinery Induced by Genotoxic Drugs (2016)
  • 著者名/発表者名: Kume K, Ishida K, Ikeda M, Takemoto K, Shimura T, Young L, Nishizuka SS.
  • 雑誌名: J Proteome Res 巻: 15 号: 1 ページ: 205-15
  • DOI: 10.1021/acs.jproteome.5b00759
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The proportion of genes in a functional category is linked to mass-specific metabolic rate and lifespan (2015)
  • 著者名/発表者名: Takemoto K, Kawakami Y
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 5 号: 1 ページ: 10008-10008
  • DOI: 10.1038/srep10008
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Functional classification of uncultured “Candidatus Caldiarchaeum subterraneum” using the MAPLE system (2015)
  • 著者名/発表者名: Hideto Takami, Wataru Arai, Kazuhiro Takemoto, Ikuo Uchiyama, Takeaki Taniguchi
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 10 号: 7 ページ: e0132994-e0132994
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0132994
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Heterogeneity of cells may explain allometric scaling of metabolic rate (2015)
  • 著者名/発表者名: Takemoto K
  • 雑誌名: Biosystems 巻: 130 ページ: 11-16
  • DOI: 10.1016/j.biosystems.2015.02.003
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Climatic seasonality may affect ecological network structure: Food webs and mutualistic networks (2014)
  • 著者名/発表者名: Takemoto K, Kanamaru S, Feng W
  • 雑誌名: Biosystems 巻: 121 ページ: 29-37
  • DOI: 10.1016/j.biosystems.2014.06.002
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Heterogeneity in ecological mutualistic networks dominantly determines community stability (2014)
  • 著者名/発表者名: Feng W, Takemoto K
  • 雑誌名: Scientific Reports (Nature Publishing Group) 巻: 4 号: 1 ページ: 5912-5912
  • DOI: 10.1038/srep05912
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Metabolic networks are almost nonfractal: A comprehensive evaluation (2014)
  • 著者名/発表者名: Takemoto K
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 90 号: 2 ページ: 022802-022802
  • DOI: 10.1103/physreve.90.022802
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 代謝ネットワークのロバストネス (2014)
  • 著者名/発表者名: 竹本和広
  • 雑誌名: 細胞工学 巻: 33 ページ: 31-36
• [雑誌論文] 代謝ネットワークの数理モデルとその応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 竹本和広
  • 雑誌名: 応用数理 巻: 24 ページ: 10-18
  • NAID: 110009807320
  • 査読あり
• [雑誌論文] Limited influence of oxygen on the evolution of chemical diversity in metabolic networks (2013)
  • 著者名/発表者名: Takemoto K, Yoshitake I
  • 雑誌名: Metabolites 巻: 3 号: 4 ページ: 979-992
  • DOI: 10.3390/metabo3040979
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theoretical estimation of metabolic network robustness against multiple reaction knockouts using branching process approximation (2013)
  • 著者名/発表者名: Takemoto K, Tamura T, Akutsu T
  • 雑誌名: Physica A 巻: 392 号: 21 ページ: 5525-5535
  • DOI: 10.1016/j.physa.2013.07.003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modular organization of cancer signaling networks is associated with patient survivability (2013)
  • 著者名/発表者名: Takemoto K. Kihara K
  • 雑誌名: Biosystems 巻: 113 号: 3 ページ: 149-154
  • DOI: 10.1016/j.biosystems.2013.06.003
  • 査読あり
• [学会発表] Network complexity, disease and health (2017)
  • 著者名/発表者名: Takemoto K
  • 学会等名: The 2nd International Symposium on BioComplexity (ISBC2)
  • 発表場所: Beppu
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 何が代謝ネットワークの進化を促進したのか (2017)
  • 著者名/発表者名: 竹本和広
  • 学会等名: 生命の起源および進化学会第42回講演会
  • 発表場所: 九州工業大学飯塚キャンパス
  • 招待講演
• [学会発表] Impacts of Climate Change and Human Activity on Nestedness and Modularity of Food Webs and Mutualistic Networks (2016)
  • 著者名/発表者名: Takemoto K, Kajihara K
  • 学会等名: NetSci 2016: International School and Conference on Networks Science
  • 発表場所: The K-Hotel Seoul, Korea
  • 年月日: 2016-05-30
  • 国際学会
• [学会発表] 遺伝子数－体サイズ関係における代謝速度の重要性：がん発症率のパラドクスと関連して (2016)
  • 著者名/発表者名: 竹本和広, 伊井将人, 西塚哲
  • 学会等名: 第4回がんと代謝研究会
  • 発表場所: かごしま県民交流センター
• [学会発表] Environmental change influences ecological network structure on a global scale (2016)
  • 著者名/発表者名: Takemoto K
  • 学会等名: Conference on Complex Systems (CCS) 2016
  • 発表場所: Beurs Van Berlage, Amsterdam
  • 国際学会
• [学会発表] 生体分子ネットワークと環境相互作用：がんロバスト性と生息域変動性を例にして (2015)
  • 著者名/発表者名: 竹本和広
  • 学会等名: 平成27年度JSBi生命システム理論研究会 (AMED再生医療実現ネットワーク併催) ～細胞システムの機能獲得と進化のメカニズム～
  • 発表場所: 東京医科歯科大学
  • 年月日: 2015-11-27
  • 招待講演
• [学会発表] Relative abundance of oxic reaction genes may determine metabolic rate and lifespan (2015)
  • 著者名/発表者名: Takemoto K, Kawakami Y
  • 学会等名: Conference on Complex Systems (CCS) '15
  • 発表場所: Tempe, Arizona, USA
  • 年月日: 2015-09-26
  • 国際学会
• [学会発表] 代謝速度や最大寿命はゲノムデータから推定可能か. (2015)
  • 著者名/発表者名: 竹本和広, 川上祐子
  • 学会等名: NGS現場の会 第四回研究会
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 2015-07-01
• [学会発表] Heterogeneity is the main factor in determining the stability of ecological mutualistic networks. (2015)
  • 著者名/発表者名: Feng W, Takemoto K
  • 学会等名: NetSci 2015: The International School and Conference on Network Science
  • 発表場所: Zaragoza, Spain
  • 年月日: 2015-06-01
  • 国際学会
• [学会発表] がんシグナルネットワークのモジュール性と患者生存率の関連. (2014)
  • 著者名/発表者名: 竹本和広
  • 学会等名: 生命医薬情報学連合大会2014年大会
  • 発表場所: 仙台国際センター
  • 年月日: 2014-10-02 – 2014-10-04
• [学会発表] ネットワーク理論から捉える代謝・生態システムのロバストネス (2014)
  • 著者名/発表者名: 竹本和広
  • 学会等名: 豊田理化学研究所・特定課題研究「制御・情報理論による生物システムのロバストネス解析と設計」第1回講演会
  • 発表場所: 東京大学本郷キャンパス
  • 年月日: 2014-09-18
  • 招待講演
• [学会発表] On the interaction between environments and metabolic network structure: in the light of modularity (2013)
  • 著者名/発表者名: Takemoto K
  • 学会等名: Metabolic Pathway Analysis 2013
  • 発表場所: Corpus Christi College, Oxford, UK
• [学会発表] Association between modular organization of cancer signaling networks and patient survivability (2013)
  • 著者名/発表者名: Takemoto K, Kihara K
  • 学会等名: The 24th International Conference on Genome Informatics (GIW2013)
  • 発表場所: Matrix, 30 Biopolis Street, Singapore
• [学会発表] Estimating Metabolic Network Robustness Against Multiple Reaction Knockouts Using Branching Process Approximation (2013)
  • 著者名/発表者名: Takemoto K, Tamura T, Akutsu T
  • 学会等名: International Workshop on Phase Transition, Critical Phenomena and Related Topics in Complex Networks
  • 発表場所: Hokkaido University
• [学会発表] Oxygen exerts limited influence on the chemical diversity of metabolic pathways (2013)
  • 著者名/発表者名: Takemoto K, Yoshitake I
  • 学会等名: The 14th International Conference on Systems Biology (ICSB2013)
  • 発表場所: Tivoli Congress Center, Copenhagen, DK
• [備考] 研究代表者の業績リスト
  • URL: https://sites.google.com/site/kztakemoto/presentation
• [備考] ECOSMOS software
  • URL: http://takemoto08.bio.kyutech.ac.jp/ecosmos-lite/
• [備考] MIPMET database
  • URL: http://takemoto08.bio.kyutech.ac.jp/mipmet/
• [備考] 研究代表者の業績リスト
  • URL: https://sites.google.com/site/kztakemoto/publication
• [備考] 竹本和広の業績リスト
  • URL: https://sites.google.com/site/kztakemoto/publication
• [備考] 竹本和広の研究業績リスト
  • URL: https://sites.google.com/site/kztakemoto/publication