代謝モデルを利用した休眠細胞覚醒メカニズムの解明

本研究では、増殖活性が著しく低下した細菌の休眠覚醒における確率性と基質依存性を明らかにし、細菌の休眠覚醒プロセスを予測・制御可能とする技術の発展につなげることを目的としている。前年度までの研究で、大腸菌を用いて、数日間の飢餓環境における増殖ダイナミクスと、飢餓条件後に新たな炭素源を与えた際の再増殖の様子を１細胞レベルで観察しており、さらなる系譜解析から休眠覚醒が飢餓開始時点での細胞のヒストリーに大きく依存している可能性が示唆されていた。そこで、２年目では、飢餓開始時点での細胞の生理状態と再増殖の関連性に着目し、両者の相関関係について解析を行なった。既報よりストレス応答に対する細胞周期の関連性が報告されていたため、飢餓からの再増殖に対する細胞周期の関連性について解析を行なったところ、細胞周期と飢餓開始直後の増殖ダイナミクスの間に相関関係は見られたものの、飢餓後の再増殖との間に強い関連性を確認することはできなかった。他の生理学的パラメータが影響している可能性が高いと考えられる。また、大腸菌の休眠覚醒プロセスにおける基質依存性については、ゲノムスケール代謝モデルを使った検証を行なってきた。1年目では、至適性の高い炭素源における共通性について解析を行い、それぞれの炭素源を代謝する際に使われる特定の代謝経路に依存する可能性が示唆されていた。そこで、2年目では、至適性に強い影響を与え得る代謝経路の特質を理解することを目的とし、スクリーニングされた代謝反応の関連性を代謝ネットワークの観点から理解可能な手法の確立を行なった。その結果、これらの重要な代謝反応は、特定の代謝物におけるフラックスと強い相関関係を示すことが明らかとなり、炭素源の至適性を代謝物と関連付けて理解することが可能となった。

本研究では、増殖活性が著しく低下した細菌の休眠覚醒における確率性と基質依存性を明らかにし、細菌の休眠覚醒プロセスを予測・制御可能とする技術の発展につなげることを目的としている。前年度までの研究で、大腸菌を用いて、数日間の飢餓環境における増殖ダイナミクスと、飢餓条件後に新たな炭素源を与えた際の再増殖の様子を１細胞レベルで観察しており、さらなる系譜解析から休眠覚醒が飢餓開始時点での細胞のヒストリーに大きく依存している可能性が示唆されていた。そこで、２年目では、飢餓開始時点での細胞の生理状態と再増殖の関連性に着目し、両者の相関関係について解析を行なった。既報よりストレス応答に対する細胞周期の関連性が報告されていたため、飢餓からの再増殖に対する細胞周期の関連性について解析を行なったところ、細胞周期と飢餓開始直後の増殖ダイナミクスの間に相関関係は見られたものの、飢餓後の再増殖との間に強い関連性を確認することはできなかった。他の生理学的パラメータが影響している可能性が高いと考えられる。また、大腸菌の休眠覚醒プロセスにおける基質依存性については、ゲノムスケール代謝モデルを使った検証を行なってきた。1年目では、至適性の高い炭素源における共通性について解析を行い、それぞれの炭素源を代謝する際に使われる特定の代謝経路に依存する可能性が示唆されていた。そこで、2年目では、至適性に強い影響を与え得る代謝経路の特質を理解することを目的とし、スクリーニングされた代謝反応の関連性を代謝ネットワークの観点から理解可能な手法の確立を行なった。その結果、これらの重要な代謝反応は、特定の代謝物におけるフラックスと強い相関関係を示すことが明らかとなり、炭素源の至適性を代謝物と関連付けて理解することが可能となった。