遺伝子による代謝物質の制御に関する知識の体系化

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ある生物種のゲノムにコードされている遺伝子から高次な生物活動を精度よく推定するためには、遺伝子産物の機能の相互関係を網羅的に表現した知識データベースを構築しなければならない。本研究課題ではゲノムから代謝活動を推定することを目的として、いろいろな生物種についてこれまで生化学的に観察された代謝経路を全て統合した代謝経路マップ(PATHWAY)と、そこに経路として表現されている反応の種類、基質や生成物など物質の関係を記述した代謝反応データベース(REACTION)を作成することにした。そこで、代謝活動を8つのカテゴリーにわけてPATHWAYを88面作成した。代謝反応における基質と生成物の関係にある物質を直線で結び、その反応を触媒する酵素が明らかにされている場合はそのEC番号を記入した。番号が記入されている2,255経路については、REACTIONに化学反応式として登録した。そしてこれら2つのデータベースは酵素反応データベース(LIGAND)とEC番号を介してLinkDBによってリンクさせて相互参照できるようにした。また、REACTIONにあらわれた代謝物質4,849化合物について、慣用名や化学構造式、CAS番号などを化合物辞書COMPOUNDに登録した。このようにして作成したデータベースを用いると、任意の2つの物質を与えられた場合に、それらをつなぐ代謝経路の予測精度や速度が格段に向上した。さらに、H.influenzaeなどゲノム全塩基配列が決定されている生物種について、同定された酵素遺伝子から代謝活動の再構築を試みたところ、細胞増殖に必要な代謝経路を正しく表現していることが確認された。このような結果は、PATHWAYやREACTIONが、知識データベースとして求められる生物機能の網羅性を備えていることを示している。これらは、インターネットをとおして世界中から利用されている。