代謝モデルを利用した休眠細胞覚醒メカニズムの解明

利用代谢模型阐明休眠细胞的唤醒机制

基本信息

批准号：
21K14778
负责人：
高野壮太朗
金额：
$ 3万
依托单位：
National Institute for Materials Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K14778/
关键词：
１細胞観察休眠飢餓応答代謝モデル１細胞解析

项目摘要

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。

本研究的目的是阐明生长活性显着降低的细菌休眠唤醒的随机性和底物依赖性，并开发能够预测和控制细菌休眠唤醒过程的技术。在我们去年的研究中，我们使用大肠杆菌在单细胞水平上观察了饥饿环境下数天的生长动态以及饥饿条件后提供新碳源时的重新增殖状态，并且我们现在正在寻求进一步发展谱系，分析表明休眠唤醒可能高度依赖于饥饿开始时的细胞历史。因此，第二年，我们重点研究了细胞在饥饿开始时的生理状态与重新增殖之间的关系，并分析了两者之间的相关性。之前的报道报道细胞周期与应激反应有关，因此我们分析了细胞周期与饥饿重新增殖的关系，发现饥饿开始后细胞周期与增殖动态之间没有相关性。无法证实饥饿后人口重新增长之间的密切关系。人们认为其他生理参数也可能发挥作用。此外，我们一直在使用基因组规模的代谢模型验证大肠杆菌休眠唤醒过程的底物依赖性。在第一年，我们分析了高度优化碳源的共性，并建议它们可能取决于用于代谢每种碳源的特定代谢途径。因此，在第二年，为了了解对最优性有很大影响的代谢途径的特征，我们建立了一种方法，使我们能够从代谢网络的角度了解筛选的代谢反应之间的关系。结果表明，这些重要的代谢反应与特定代谢物的通量具有很强的相关性，使得了解碳源相对于代谢物的最优性成为可能。