大腸菌細胞間相互作用をとおしてみた生命体情報ネットワーク

通过大肠杆菌细胞间相互作用看到的生命体信息网络

基本信息

批准号：
16650063
负责人：
清水浩
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

細胞内には遺伝子、タンパク質、代謝といった多階層のネットワークが存在し、それらの階層間の関係が複雑に絡み合っている。さらに環境と細胞間の相互作用を通じて、上位の階層である細胞集団においても細胞間の相互作用ネットワークが形成される。本研究では、生物ネットワークの解析を行うことにより、そこでの情報のやりとりを明らかにしていくことを目的とした。大腸菌としてグルタミン合成酵素遺伝子を欠損させた宿主にグルタミン合成酵素・GFP融合遺伝子をプラスミドで組み込んだ大腸菌を創製し、細胞の内部状態を可視化した。最小培地を使用し、グルタミン酸を単一窒素源とすることで連続培養系において、供給グルタミン酸濃度を変化させ、環境変化を与えた。このグルタミン合成酵素・GFP融合遺伝子は通常自然界の大腸菌が有する窒素源の量に応答して発現が制御されるようなプロモータではなく、構成的に発現するプロモータにより発現させた。つまり、遺伝子の発現と環境における遺伝子発現の必要性を断ち切ったシステムを用いた。連続培養系で、一定のグルタミン酸濃度の培地を供給し、定常状態を保った後、供給するグルタミン酸濃度を、5mM、1mM、0.1mMのように段階的に変化させ、環境中の細胞に対してグルタミン酸や変換されるグルタミンの量が枯渇した条件を設定した。また、逆に、栄養源を過剰供給し、環境変動が遺伝子発現にどのような影響を与えるのか解析した。その際フローサイトメトリーにより、発現量分布の大きさやその変化が環境の変化とどのように対応するかについて検討した。遺伝子の発現と環境における遺伝子発現の必要性を断ち切ったシステムを用いたにもかかわらず、遺伝子の発現量は、環境変動に対応してその必要性に応じて変化することが明らかとなった。環境を通した細胞間の相互作用や遺伝子発現の揺らぎがこのような現象を引き起こす原因として考えられた。

在细胞中，有多层网络，例如基因，蛋白质和代谢，这些层之间的关系以复杂的方式交织在一起。此外，通过环境与细胞之间的相互作用，即使在较高的层细胞种群中，细胞之间的相互作用网络也会形成。这项研究旨在通过对生物网络进行分析来阐明那里的信息交换。将大肠杆菌创建，其中将谷氨酰胺合酶/GFP融合基因掺入宿主中，该宿主丢失了谷氨酰胺合酶基因作为大肠杆菌，并且可视化细胞的内部状态。使用最小培养基，谷氨酸作为单个氮源，在连续培养系统中提供了谷氨酸的浓度，从而导致环境变化。该谷氨酰胺合酶-GFP融合基因是由组成型表达启动子而不是启动子表达的，而不是启动子，其表达通常是对大肠杆菌在本质上拥有的氮源量的响应。换句话说，使用了一个系统，该系统切断了对环境中基因表达和基因表达的需求。在连续培养系统中，喂食具有恒定谷氨酸浓度的培养基，并在保持稳态后，将要喂养的谷氨酸浓度逐步更改为5 mm，1 mm和0.1 mm，并设置了条件，其中将谷氨酸和转化为环境中细胞耗尽的谷氨酸量。相反，分析了过度悬浮的营养来源，以分析环境变化如何影响基因表达。目前，我们研究了表达水平分布的大小以及环境变化如何与流式细胞仪的环境变化相对应。尽管使用了一种减少了对环境中基因表达和基因表达需求的系统，但已经发现，基因表达水平根据其响应环境变化而根据其需求而变化。人们认为细胞之间通过环境之间的相互作用，基因表达的波动是由这种现象引起的。

项目成果

期刊论文数量（10）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Analysis of fluctuation in gene expression based on continuous culture system

基于连续培养系统的基因表达波动分析

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
Proceedings of The 2nd International Workshop on Biologically Inspired Approaches to Advanced Information Technology LNCS 3853
影响因子：
0
作者：
T.Yamada;H.Shimizu et al.
通讯作者：
H.Shimizu et al.

Dynamic Behavior of Cell Distribution in Continuous Culture of Escherichia coli

大肠杆菌连续培养中细胞分布的动态行为

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
ソフトウエアバイオロジー 4
影响因子：
0
作者：
T.Yamdada;H.Shimizu et al.
通讯作者：
H.Shimizu et al.

Analysis of Cell Population Dynamics in Continuous Culture of Escherichia coli

大肠杆菌连续培养细胞群动态分析

DOI：
发表时间：
2004
期刊：
Proceedings of 10th The Asia Pacific Confederation on Chemical Engineering (APCChE04), Kitakyushu, 6 pages, Oct 17-21(2004) (CD-ROM)
影响因子：
0
作者：
T.Yamdada;H.Shimizu et al.
通讯作者：
H.Shimizu et al.

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通讯作者：
松原　遼