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生体分子ネットワーク中に埋め込まれている生物学的基本回路の構造と機能の関係（設計原理）を体系化して，合成生物学の基盤となるデータベースを構築した。それを基にして，基本回路の複合化システムである大腸菌中央代謝経路（解糖系+TCA回路+ペントースリン酸回路）の設計原理を解析して，それを合理的に設計するための遺伝子組換え戦略を提案した。物質生産の基盤である中央代謝経路を再設計することによって，エタノール発酵系や乳酸発酵系の生産性を向上させて，環境エネルギー問題に貢献した。
1 生物学的基本回路の設計原理の解析：生物合成の観点から，生物学的基本回路を探索して，その構造と機能の関係をデータベース化した。ネットワークモチーフ（フィードフォワードループ，単入力モジュール，自己フィードバックループ）を含めて基本回路200あまりを登録した。
2 中央代謝回路モデリング：大腸菌中央代謝回路マップ（解糖系，TCA回路，ペントースリン酸回路とその酵素遺伝子発現を調節するネットワーク）を構築した。酵素遺伝子発現分布の変化を代謝ネットワークに統合する微分方程式モデルを開発して，その微分方程式モデルに酵素発現量分布を代入して，代謝流束分布を計算して，細胞の増殖を評価した。
3 中央代謝回路の合成と解析：中央代謝回路にエタノール合成に必要な酵素反応（アセチルCoAからエタノールへの経路）を追加して，エタノール生産速度を向上させるために中央代謝回路の遺伝子組換え戦略を立案した。代謝酵素遺伝子の転写調節モデルと代謝流束分布推定モデルを用いて，過剰発現，遺伝子ノックアウトを網羅的に行った細胞株における増殖やエタノール生成流束をシミュレーションした。
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