Computer simulation of yeast metabolism by data-driven ensemble modeling

通过数据驱动的集成建模对酵母代谢进行计算机模拟

• 批准号: 22H01879
• 负责人: 松田 史生
• 金额: $ 10.98万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01879/
• 关键词: 代謝工学; 出芽酵母; エタノール; 代謝シミュレーション; メタボローム; プロテオーム; 代謝フラックス解析

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。

Be こ れ ま で に budding yeast strains と 験 room 1 heritage center metabolic enzyme 伝 son broken 壊 plant 11 strains (ald6 Δ, gnd1 Δ な ど) か ら class more デ ー タ を obtain し て き た. 2022 annual は, こ れ を training デ ー タ と し て, 50 応 か ら な る center theory of metabolic rate モ デ ル の パ ラ メ ー タ の line learning を っ た. 1 heritage 伝 son broken 壊 strains の enzyme タ ン パ ク quality 発 now quantity を be measured numerical に - more し て, metabolites concentration と metabolic フ ラ ッ ク ス レ ベ ル を be さ せ, be measured numerical と の residual squares and を calculate し た. ま た, residual squares and minimize の を 価 numerical と し て optimum に nearly い モ デ ル meter 1000 (ア ン サ ン ブ ル) か ら な る budding yeast metabolic シ ミ ュ レ ー タ ー Ver 1 built の に success し た. グ ル コ ー ス take り 込 み speed が budding yeast be used between strains で different な る こ と に attention し た. Be budding yeast strains (association of 7 な ど) を, SD petty で points back to the development of し, moral rights colonization period か ら insufficient し て い る intracellular metabolites デ ー タ を obtain し た. For the diploid strains of S. cerevisiae (laboratory strain: BY4947, ワ strain: QA23, パ strain: RedStar, sake strain: Kyokai7, etc.) を use ワ た. SD petty で points back to the development of し (50 ml, 30 ℃), フ ィ ル タ ー method で bacteria を back 収 し, メ タ ノ ー ル · ク ロ ロ ホ ル ム · water で intracellular metabolites を spare し た. Youdaoplaceholder0 ス 13C identified extract グ [U-13C]グ コ コ フ ス ス containing SD pedil で culture た たBY27002 ス ら た. LC-MS analysis と Ion pair LC-MS/MS (LC-8050, Shimadzu Corporation) とPentafluorophenylpropyl (PFPP) LC-MS/MS (LC-8040, Shimadzu Corporation) で line った. The determination of 71 types of <s:1> intracellular metabolite concentrations during the logarithmic growth phase に successful た た. Youdaoplaceholder0, reverse the glycolysis system <s:1> 応やヌ, レ レ チドリ チドリ, reverse the acid <s:1> biosynthesis 応を, calculate 23, reverse 応, <s:1> DG, and successfully に た た. Future は こ れ ら の デ ー タ を with い た budding yeast metabolic シ ミ ュ レ ー タ ー の build を into め る.