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代謝のダイナミクスは、環境条件に応じて様々に変化することが可能であるが、どのような制御によってその安定性が維持されているかは不明な点が残されている。実際に、複雑な代謝ネットワークを微分方程式を用いてモデル化すると、力学系として容易に不安定化してしまい、広いパラメータ領域において非自明な解（増殖をする状態）を安定に保つことが難しい。むろん、精巧な代謝反応の制御がその安定性の維持を担っていると考えられるが、その制御機構がどのような性質を持つ必要があるか、明らかになったとは言い難い。そこで本研究は、代謝システムがどのようなダイナミクスの性質を持つか、適切な微分方程式モデルを用いて記述する。代謝システムのネットワーク構造と安定性がどのような関係を持つか、その一般的な性質を探求する。
平成28年度は、ATPやNADHなどの補酵素サイクルが、代謝ダイナミクスにどのような影響を与えるかを単純化した微分方程式モデルによって解析した。結果として、補酵素のサイクルが存在することにより、長い緩和時間を持つダイナミクスが出現し得ること、またそうした長い緩和時間を持つダイナミクスは、環境変動などに起因する揺らぎに対して頑強性を持つことが示された。また、実際の代謝ネットワークとの対応を解析し、補酵素サイクルが持つダイナミクスの性質により、揺らぎに対する頑強性が維持されていることが示唆された。これらの結果は、代謝システムの安定性に新たな知見をもたらすと期待できる。
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