1999年度 森基金成果報告書
研究育成費(修士課程)「E-CELL System
による大腸菌細胞のモデル化とシミュレーション」
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概要
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細胞内の全代謝活動についてDNA情報から細胞の実際の活動までを
分子レベルでコンピュータシミュレーションする E-CELL プロジェクトの
サブプロジェクトとして、大腸菌の細胞全体をモデル化・
シミュレーションを行なう。
大腸菌は、今まで E-CELL プロジェクトが必要最低限の機能を持つ細胞のモデルとしてきた
M.genitaliumに比べ、約10倍の数の遺伝子を持ち、
外界からの刺激に反応する機構も発達している。
より多くの種類のアミノ酸を自力で生成することができ、
ヌクレオチドを基本的な小分子から合成することもできる。
また大腸菌は、生物学界においては原核生物の中で標準に研究される
モデル生物として採用されており、
このため生物学的にも遺伝情報的にも既に多くのことが明らかで、
実験結果の文献なども豊富に用意されている。
このため、全ての経路を忠実にモデル化すること、
実験の結果とシミュレーションの結果を詳細に比較すること
が可能である。
E-CELL プロジェクトの長期的な目標は、
シミュレーションに必要なデータがそろった後に
真核細胞、多細胞生物と、より複雑な生
物にシミュレーション対象を展開させていくことにある。
それをふまえて、
現在データのそろっている
大腸菌について
生命体全体のモデルとして完成させ、
大規模なモデルのシミュレーションの際にも基盤となるような
技法とプロジェクトマネージメントの方法を開発する。
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成果
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今年度は、大腸菌の代謝経路のモデリングの完成を目指して
研究を進めた。まず、全体の反応経路図を、酵素などのデータベースや
大腸菌に関する文献から決定した。それをもとに解糖系など
個々の反応系についてモデリングを行なった。
- エネルギー代謝系のモデリングとシミュレーション
ペントースリン酸回路、クエン酸回路、解糖系について
シミュレーションを行なった。
- 生合成系のモデリングとシミュレーション
ヌクレオチド合成系、アミノ酸合成系のほかに、
グリコーゲン、脂肪酸などの生合成について調査した。
- その他
シミュレーションルールを EcoCyc などのデータベースから
自動生成するツールを開発した。
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展望
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今後は、中間代謝や各経路の統合により、
大腸菌の代謝系全体を統合したシミュレーションを行なう。
さらに、物質輸送などの代謝以外の細胞活動についてのモデリングを
検討し、順次加えてゆく予定である。