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Algorithms for metabolic network design for producing useful substances

用于生产有用物质的代谢网络设计算法

基本信息

批准号：
20H04242
负责人：
田村武幸
金额：
$ 11.15万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H04242/
关键词：
代謝ネットワーク有用物質生産増殖連動生産アルゴリズム混合整数線形計画法微生物遺伝子削除ゲノムスケールモデル制約モデル反応削除問題遺伝子削除問題線形計画問題増殖連動型生産流束均衡解析生育結合

项目摘要

ゲノムスケールの制約モデルの代謝ネットワークにおいて、目的化合物の増殖連動生産を達成する遺伝子削除戦略を計算するアルゴリズムであるgDel_minRNとTrimGdelを開発した。代謝ネットワークにおける化学反応は、遺伝子の情報に基づき生成されたタンパク質に触媒される。この遺伝子、タンパク質、反応の関係はGPRルールと呼ばれる。gDel_minRNでは、GPRルールに基づき、増殖連動生産を達成する遺伝子削除戦略のうち、元のネットワークにおいて使えなくなる反応数が最大のものが選ばれる。大腸菌や酵母のゲノムスケールモデルの制約モデルのiML1515やiMM904を用いた計算機実験を行い、gDel_minRNが他手法に比べて、増殖連動生産を達成する遺伝子削除戦略を計算できる成功率が高いことを示した。gDel_minRNに関する研究成果はJournal of Computational Biology誌に採択された。gDel_minRNは増殖連動生産に必要なコア部分を抽出するので、多くの遺伝子削除を必要とする。しかし現在の代謝工学では遺伝子削除数が少ない方が実用的である。そこでTrimGdelは、gDel_minRNで計算した遺伝子削除戦略を起点として、徐々に遺伝子削除数を減らしていく。gDel_minRNによる遺伝子削除戦略で得られた細胞増殖率と目的物質生産率を下回らないという条件下で、削除されている遺伝子を貪欲法を用いてひとつずつ復活させていく。iML1515やiMM904を用いた計算機実験の結果、TrimGdelは他手法と比べて増殖連動生産を達成する遺伝子削除戦略を計算できる成功率が非常に高かった。TrimGdelに関する研究成果はIEEE/ACM Transactions on Computational Biology and Bioinformatics誌に採択された。

The metabolic process of the target compound is controlled by the gene deletion strategy. The gene deletion strategy is calculated by the gene deletion strategy. Metabolic reactions, chemical reactions, genetic information, radical formation, chemical reactions, catalytic reactions The relationship between GPR and quality is different. gDel_minRN, GPR, GPR iML1515 and iMM904 are used to implement the system, gDel_minRN is used to calculate the success rate of seed removal by other methods. The research results related to gDel_minRN were published in the Journal of Computational Biology. gDel_minRN is the necessary part of the reproduction linkage. Metabolic engineering now has a lot to do with how many times it's used. TrimGdel, gDel_minRN, calculate the number of times the number of times gDel_minRN is used to remove the gene from the cell under the condition of cell proliferation and target substance productivity. iML1515 and iMM904 are used in computer implementation, TrimGdel has a very high success rate in other methods and in comparison with the production of hybrid products. Trimdel's research results were collected from IEEE/ACM Transactions on Computational Biology and Bioinformatics.