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研究成果集

システムバイオロジー基盤ソフトウエアの開発(図1)

システムバイオロジーの研究に必要な一連のソフトウエア基盤(SBW)、モデル表現標準言語(SBML)などの開発を行った。SBMLは、この分野での事実上の標準となり、多くのソフトウエアで既に採用されている。SBWは、複数のGUI、数値計算エンジン、解析モジュールを有機的に連動させる枠組みであり、現在、急速にその価値が認められ、対応ソフトウエアが増えている。
研究成果の概要

システムバイオロジーのソフトウェア的基盤については以下のようなシステムが必要であると考えられる。
@データ収集・データベース・システム:実験データを収集し、データベース化し、この統合環境で利用できるように整備するシステム
A遺伝子回路推定システム:発現プロファイルなど実験データから、遺伝子回路を推定するシステム
Bパラメーター推定システム:実験データから、遺伝子回路のパラメーターを推定するシステム
Cシミュレーター:モデルの挙動をシミュレーションするシステム
D挙動解析システム:シミュレーションと連動し挙動の解析を行うシステム
E実験計画立案システム:遺伝子回路の推定結果などから、実験計画の示唆を行うシステム
さらに、これらのソフトウェア群でデータやモデル定義を相互に利用可能にするために、標準モデル表現系が必要である。従来までは、各々の研究グループが独自のソフトウェアを開発していたため、モデル記述がばらばらであり、再利用や流通、さらには研究結果の検証が困難であった。また、幅広い解析ニーズに応えることができるソフトウェアを一つのグループが開発することも現実的ではない。そのため、モデル表現の国際標準としてのSystems Biology Markup Language(SBML) 、さらには基盤ソフトウェア・プラットフォームとしてのSystems Biology Workbench(SBW) の開発が、国際共同プロジェクトとして行われている( http://www.sbml.org/)。
成果の展開可能なシーズ、用途等

各個人の遺伝的個性や細胞の代謝状態のダイナミクスを考慮し、シミュレーションに基づく高度な個別医療や予防医療への展開(個人の疾病リスクのより精密な見積もりや予防、より適切な健康管理、治療効果の向上、副作用の少ない治療などの実現など)
特許出願

特願平11-160672(1999/06/08)遺伝子の制御因子の結合部位構造推定方法及びその装置
特願平11-174426(1999/06/21)遺伝子制御・代謝ネットワーク推定装置
特願平11-372936(1999/12/28) ネットワーク推定方法
特願2002-542065(2003/04/08)遺伝子ネットワーク推定方法
特願2001-388414(2001/12/20)代謝回路情報処理方法、代謝回路情報処理装置、プログラム、および、記録媒体
特願2002-024317(2002/01/31)生体分子回路設計方法、生体分子回路設計装置、プログラム、および記録媒体
論文、報告書等
  1. Kitano, H. Standards for modeling. Nature Biotechnology. 20, 337, 2002.
  2. Hucka, M.; Finney, A.; Sauro, H.M.; Bolouri, H.; Doyle, J.C.; Kitano, H. et al. The systems biology markup language (SBML): a medium for representation and exchange of biochemical network models. Bioinformatics. 19, 524-531, 2003.
  3. Funahashi, A.; Morohashi, M.; Kitano, H.; Tanimura, N. CellDesigner: a process diagram editor for gene-regulatory and biochemical networks. BioSilico. 1, 159-162, 2003.
  4. Sauro, H.; Hucka, M.; Finny, A.; Wellock, C.; Bolouri, H.; Doyle, J.; Kitano, H. Next Generation Simulation Tools: The Systems Biology Workbench and BioSPICE Integration. Omics. 7, 355-372, 2003.
  5. 舟橋啓; 諸橋峰雄; Hucka, M.; Finney, A.; Sauro, H.; Bolouri, H.; Doyle, J.; 北野宏明. システムバイオロジーにおけるソウトウェア基盤. Nature. 423, Insight, 48-57, 2003.
  6. Hucka, M.; Finney, A.; Sauro, H.; Bolouri, H.; Doyle, J.; Kitano, H. The ERATO Systems Biology Workbench:Architectural Evolution. ICSB2001, Caltech, Nov. 4-7, 2001.
  7. Finney, A.; Hucka, M.; Sauro, H.; Bolouri, H.; Doyle, J.; Kitano, H. The Systems Biology Markup Language (SBML): A Standard for the Exchange of Biochemical Network Models. ICSB2001, Caltech, Nov. 4-7, 2001.
  8. Funahashi, A.; Kitano, H. CellDesigner: Biochemical network editor. SBML/SBW Forum, USA, May 11, 2003.
  9. Funahashi, A.; Kitano, H. Current implementation of CellDesigner and KEGG to SBML converter. First SBML Hackathon, Virginia, USA, July 28-Aug. 1, 2003.
  10. Hucka, M.; Finney, A.; Sauro, H.; Bolouri, H.; Doyle, J.; Kitano, H. "The ERATO Systems Biology Workbench: An Integrated Environment for Multiscale and Multitheoretic Simulations in Systems Biology." Foundations of Systems Biology, Kitano, H. ed., MIT Press, 2001, 125-143.
  11. 諸橋峰雄; Hucka, M.; Sauro, H.; Finney, A.; Bolouri, H.; Doyle, J.; 北野宏明. "システムバイオロジーワークベンチ." システムバイオロジーの展開, 北野宏明ed., シュプリンガー・フェアラーク東京, June 2001, 25-36.
  12. 諸橋峰雄. "SBMLとSBW: ソフトウェアの統合と標準化". Computer Today, 108, 2002, 8-13.
  13. 舟橋啓. "ソフトウェアの統合と標準化の基盤, SBMLとSBW." 蛋白質 核酸 酵素, 48, 2003, 810-816.
  14. Kyoda, K.; Kitano, H. Simulation of genetic interaction for Drosophila leg formation. Pacific Symposium on Biocomputing '99. Hawaii, 77-89, 1999.
  15. Kyoda, K.; Muraki, M.; Kitano, H. Construction of a generalized simulator for multi-cellular organisms and its application to SMAD signal transduction. Pacific Symposium on Biocomputing. 317-328, 2000.
  16. Kyoda, K.; Morohashi, M.; Onami, S.; Kitano, H. A gene network inference method from continuous-value gene expression data of wild-type and mutants. Genome Informatics 2000. University Academy Press, 196-204, 2000.
  17. Morohashi, M.; Kitano, H. Identifying gene regulatory network from time series expression data by in silico sampling and screening. Advance in Artificial Life. Springer-Verlag, 477-486, 1999.
研究者名

北野宏明
宮野悟
舟橋啓
諸橋峰雄
京田耕司
John Doyle
Mike Hucka
Andrew Finney
Herbert Sauro
図1
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