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。

这项研究旨在阐明细菌中休眠觉醒的概率和底物依赖性，其增殖活性大大降低，并导致技术的发展，以预测和控制细菌的休眠觉醒过程。直到上一年的研究使用大肠杆菌在饥饿环境中观察几天的生长动力学，并且在一个细胞水平下饥饿状况后的新碳源重新生长，这表明休眠的觉醒可能很大程度上取决于饥饿开始时的细胞历史。因此，在第二年，我们专注于饥饿和重新增殖时细胞生理状态之间的关系，并分析了两者之间的相关性。正如先前报道的关于细胞周期与压力反应的关联的报道，我们分析了细胞周期与饥饿重新增殖的关联，尽管饥饿后细胞周期与增殖动态之间存在相关性，但我们无法确认饥饿后的重新增殖之间的牢固关联。其他生理参数可能会影响它。此外，已经使用基因组级代谢模型验证了大肠杆菌中休眠觉醒过程的底物依赖性。在第一年，分析了高度最佳碳源的共同点，这表明它们可能取决于用于代谢每个碳源的特定代谢途径。因此，在第二年，目的是了解可能对乐观影响有很大影响的代谢途径的特征，并建立了可以从代谢网络的角度理解筛选代谢反应的关系的方法。结果，发现这些重要的代谢反应与特定代谢产物中的通量表现出很强的相关性，从而使我们能够理解具有代谢物的碳源的最佳性。