細菌細胞のコンピュータシミュレーション

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15013252
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 冨田 勝 慶應義塾大学, 環境情報学部, 教授 (60227626)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 金井 昭夫 慶應義塾大学, 環境情報学部, 助教授 (60260329) ; 曽我 朋義 慶應義塾大学, 環境情報学部, 助教授 (60338217)
• Keywords: コンピュータシミュレーション / E-CELL / メタボローム / バクテリア / モデリング / 代謝物質 / CE-MS / バイオインフォマティクス

Research Abstract

細菌の代謝に関するコンピュータシミュレーションを目的として、その具体的なパラメータ取得のため、網羅的な代謝物質の分析、同定をキャピラリー電気泳動-質量分析計(CE-MS)法を用いて行なっている。これまで、メタノールを用いて瞬時に酵素を失活させ、微生物、植物、動物細胞に存在する代謝物質を網羅的に抽出する方法を開発した。さらに、3種類の分析条件で、陽イオン性、陰イオン性代謝物質およびヌクレオチド類を一斉に測定、定量することを可能にした。本年度は
1.分析、測定のための標準物質測定を目的として、市販されている1,500種類の化学物質を購入し、約半数に関してCE-MSによる基本的なデータの取得を完了した。また、陽イオン性化合物に関してはCE-MS/MS法の開発に成功し、陽イオン標準品のMS/MSスペクトルを採取し、そのデータベース登録を行っている。さらに、得られたスペクトルの結果より物質構造とMS/MSの開裂パターンの解析に着手している。
2.一方、これら代謝物質の分析結果を自動的に判断し、物質毎に分類、定量していくソフトウエアの開発に着手し、ほぼ自動的にデータを解析するプロトタイプのソフトウエアを作成した。
3.また、大腸菌の解糖系に関してはその代謝を上記のCE-MSの定量的なデータに基づきながら、シミュレーションするプロトタイプのモデルを、我々の開発したシミュレーション環境であるE-CELL上に構築することが出来た。また、このモデルをより精密にしていくために、ハイブリッドアリゴリズムを開発中である。一方、大規模モデル化のためにゲノムデータから各種のデータベースを参照しながら基本的なモデルを自動生成するGEMシステムを開発した。

Research Products

• [Publications] Takahashi, K., Kaizu, K., Bin, H., Tomita, M: "A multi-algorithm, multi-timescale method for cell simulation"Bioinformatics. 20(4). 538-546 (2004)
• [Publications] Kikuchi, S., Fujimoto, K., Kitagawa, N., Fuchikawa, T., Abe, M., Oka, K., Takei, K., Tomita, M: "Kinetic simulation of signal transduction system in hippocampal long-term potentiation with dynamic modeling of protein phosphatase 2A"Neural Networks. 16. 1389-1398 (2003)
• [Publications] Soga, T., Ohashi, Y., Ueno, Y., Naraoka, H., Tomita, M., Nishioka, T: "Quantitative Metabolome Analysis Using CE-MS"Journal of Proteome Research. 2. 488-494 (2003)
• [Publications] Takahashi, K., Ishikawa, N., Sadamoto, Y., Sasamoto, H., Ohta, S., Shiozawa, A., Miyoshi, F., Naito, Y., Nakayama, Y., Tomita M: "E-CELL2 : Multi-platform E-CELL Simulation System"Bioinformatics. 19(13). 1727-1729 (2003)
• [Publications] Kikuchi, S., Tominaga, D., Arita, M., Takahashi, K., Tomita, M: "Dynamic modeling of genetic networks using genetic algorithm and S-system"Bioinformatics. 19(5). 643-650 (2003)
• [Publications] Arakawa, K., Mori, K., Ikeda, K., Matsuzaki, T., Kobayashi, Y., Tomita, M: "G-language Genome Analysis Environment : a workbench for nucleotide sequence data mining"Bioinformatics. 19(2). 305-306 (2003)
• [Publications] M.Hucka, A.Finney, H.M.Sauro, H.Bolouri, J.C.Doyle, H.Kitano, A.P.Arkin, B.J.Bornstein, D.Bray, A.Cornish-Bowden, A.A.Cuellar, S.Dronov, E.D.Gilles, M.Ginkel, V.Gor, I.I.Goryanin, W.J.Hedley, T.C.Hodgman, J.-H.Hofmeyr, P.J.Hunter, N.S.Juty, J.L.Kasberger, A.Kremling, U.Kummer, N.Le Novere, L.M.Loew, D.Lucio, P.Mendes, E.D.Mjolsness, Y.Nakayama, M.R.Nelson, P.F.Nielsen, T.Sakurada, J.C.Schaff, B.E.Shapiro, T.S.Shimizu, H.D.Spence, J.Stelling, K.Takahashi, M.Tomita, J.Wagner, J.Wang: "The Systems Biology Markup Language (SBML) : A Medium for Representation and Exchange of Biochemical Network Models"Bioinformatics. 19(4). 524-531 (2003)
• [Publications] 曽我朋義, 佐藤 滋, 西岡孝明, 冨田 勝: "[総説]ダイナミックな生命現象のメタボローム解析技術"細胞工学. 22. 1337-1341 (2003)
• [Publications] 曽我朋義: "[総説]CE-MSによるメタボローム解析"炎症と免疫(先端医学社). 11(6). 690-699 (2003)
• [Publications] 冨田 勝, 西岡 孝明(共編): "メタボローム研究の最前線"シュプリンガーフェアラーク東京. 222 (2003)