人工遺伝子回路を使って代謝ネットワークを制御するための基盤計算技術の開発

开发利用人工基因电路控制代谢网络的基础计算技术

• 批准号: 22K12247
• 负责人: 前田 和勲
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Kyushu Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2027-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K12247/
• 关键词: 合成生物学; 遺伝子回路; 大腸菌; システム生物学; シミュレーション; 最適化問題

本研究では、人工遺伝子回路を活用して代謝ネットワークを時間的・定量的に制御することを目指している。人工遺伝子回路の効果を検証するため、医薬品の重要な前駆体であるシキミ酸生産に取り組む。シキミ酸生産は従来の代謝工学的手法でかなり効率化されている。人工遺伝子回路を使う新しい方法で、それを越える生産効率が達成できれば面白いと考えている。遺伝子回路設計において、計算機を用いて遺伝子回路の作成・検証・改良サイクルを迅速に回すことが重要であり、これまで検証の過程が時間を要していた。そこで我々は、遺伝子回路自動設計システムを改良し、設計された遺伝子回路の挙動やネットワーク構造、対応するDNA配列を瞬時に可視化することが可能になった。具体的には、SBML（Systems Biology Markup Language）やSBOL（Synthetic Biology Open Language）といった標準データ形式で設計した遺伝子回路やDNA配列を出力できる機能を追加した。また、作成された遺伝子回路の挙動やそのDNAを迅速に可視化するためのWebアプリケーションを開発した。このWebアプリケーションは遺伝子回路自動設計システムとは独立したものであり、将来的には一般に公開する予定である。このWebアプリケーションによって、システム生物学や合成生物学に関連する10種以上のファイルフォーマットのデータを可視化することが可能になった。このアプリケーションの活用により、遺伝子回路の設計プロセスがより効率的かつ迅速に行えるようになった。

在这项研究中，我们的目标是使用人工基因电路暂时和定量地控制代谢网络。为了验证人工基因电路的有效性，我们将致力于生产药物的重要前体莽草酸。使用传统的代谢工程技术已显着简化了莽草酸的生产。我认为，如果我们能够实现超过使用人工遗传电路的新方法的生产效率，那将会很有趣。在设计遗传电路时，重要的是使用计算机快速完成创建、验证和改进遗传电路的循环，而到目前为止，验证过程需要时间。因此，我们改进了自动遗传电路设计系统，使得能够即时可视化所设计的遗传电路的行为和网络结构，以及相应的DNA序列。具体来说，我们增加了输出以标准数据格式设计的遗传电路和 DNA 序列的能力，例如 SBML（系统生物学标记语言）和 SBOL（合成生物学开放语言）。我们还开发了一个网络应用程序来快速可视化所创建的遗传电路及其 DNA 的行为。该网络应用程序独立于自动遗传电路设计系统，我们计划在未来将其公开。该 Web 应用程序可以可视化 10 多种与系统生物学和合成生物学相关的文件格式的数据。利用该应用程序可以使遗传电路的设计过程变得更加高效和快速。

项目成果

アムステルダム自由大学(オランダ)

阿姆斯特丹自由大学（荷兰）

A hybrid approach for kinetic parameter estimation based on machine learning and global optimization

基于机器学习和全局优化的动力学参数估计混合方法

• 发表时间: 2022
• 作者: Maeda Kazuhiro;Hatae Aoi;Sakai Yukie;Boogerd Fred C.;Kurata Hiroyuki;Kazuhiro Maeda
• 通讯作者: Kazuhiro Maeda