Computer simulation of yeast metabolism by data-driven ensemble modeling

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これまでに出芽酵母実験室株と中心代謝酵素1遺伝子破壊株11株(ald6Δ, gnd1Δなど)から多階層データを取得してきた。2022年度は、これを訓練データとして、50反応からなる中心代謝速度論モデルのパラメータの学習を行った。1遺伝子破壊株の酵素タンパク質発現量を実測値に変更して、代謝物濃度と代謝フラックスレベルを予測させ、実測値との残差二乗和を算出した。また、残差二乗和の最小化を評価値として最適に近いモデル計1000個（アンサンブル）からなる出芽酵母代謝シミュレーター Ver 1の構築に成功した。グルコース取り込み速度が出芽酵母実用株間で異なることに注目した。出芽酵母実用株（協会７号など）を、SD培地中で回分培養し、対数増殖期から不足している細胞内代謝産物濃度データを取得した。S. cerevisiaeの2倍体株（実験室株: BY4947、ワイン株: QA23、パン株: RedStar、清酒株: Kyokai7等）を用いた。SD培地中で回分培養し (50 ml, 30℃)、フィルター法で菌体を回収し、メタノール・クロロホルム・水法で細胞内代謝物を抽出した。フル13C標識抽出物は[U-13C]グルコース含有SD培地で培養したBY27002から得た。LC-MS分析はIon pair LC-MS/MS（LC-8050、島津製作所）とPentafluorophenylpropyl (PFPP) LC-MS/MS（LC-8040、島津製作所）で行った。対数増殖期の細胞内代謝物濃度71種類の測定に成功した。さらに、解糖系の反応やヌクレオチドリン酸の生合成反応を計23反応のDGの算出に成功した。今後はこれらのデータを用いた出芽酵母代謝シミュレーターの構築を進める。