生物システムの機能ルールに学ぶ新しい工学理論の構築に関する研究

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大腸菌の機能ルールを、ハウスキーピングルール、ストレスレスポンスルール、およびサバイバルルールに分けて整理した。機能ルールは、視覚的にも理解しやすくするため流れ図で表現することとした。機能ルールを統合して管理するツールとして、コンピュータソフトウェアVESTを開発した。VESTを使えば、大腸菌の振舞いを定性的にシミュレーションすることができる。ユーザーはまず、VestMを起動する。VestMの画面左隅のウインドウには、仮想環境(VEnv)のコントロールパネルが表示される。ユーザーは、このパネルを使い、仮想環境の環境条件を任意に設定することができる。例えば、コントロールパネルから温度を選択すると、パネル下のスライダーは自動的に、大腸菌の至適温度である37℃を示す。ユーザーがスライダーを動かして、37℃を越えた温度にセットすると、Rule Selectorが温度の異常を感知して、熱ストレスに応答するための機能ルールを選択する。選択された機能ルールは、実行段階において必要な遺伝子をGeneDBから次々と呼び出す。ここで呼び出される遺伝子はGene Arrayと呼ぶプログラムにより、大腸菌のゲノムチップを模したアレイ上に、緑色のスポットとしてディスプレイ表示することができる。機能ルールが実行される様子は、画面中央に位置する上下2つのパネルに表示される。上側のパネルには、Task Tracerと呼ばれるプログラムにより、アルゴリズム実行の様子がアニメーションにより示される。また、下側のパネルにはAlgorithm Viewerと呼ばれるプログラムにより、アルゴリズムのどこが実行中であるか、表示されるようになっている。