ゲノムスケールモデルによりウイルスの細胞乗っ取りを予測(Predicting Viral Hijacking Through Genome-Scale Modeling)

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2026-04-15 パシフィック・ノースウェスト国立研究所(PNNL)

米国のPacific Northwest National Laboratoryの研究チームは、ウイルスが宿主細胞の代謝機構を乗っ取る過程を予測する新たなゲノムスケールモデルを開発した。研究では、宿主とウイルスの代謝ネットワークを統合的に解析し、感染時にどの代謝経路が再構築されるかを定量的に予測可能にした。このモデルにより、ウイルスが増殖のために利用する重要な代謝ノードや脆弱点を特定でき、抗ウイルス戦略の新たな標的探索に貢献する。さらに、異なるウイルスや宿主条件への適用も可能で、感染ダイナミクスの理解を大きく前進させる。本成果は、計算生物学とシステム生物学を融合した感染制御研究の重要な基盤となる。

<関連情報>

バクテリオファージによる代謝乗っ取りのゲノムスケールモデルにおける相乗効果と拮抗作用 Synergy and antagonism in a genome-scale model of metabolic hijacking by bacteriophages

Jordan C. Rozum, William Sineath, Pavlo Bohutskyi, Jordan Quenneville, […] , and Song Feng
Science Advances  Published:1 Apr 2026
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.aeb7646

ゲノムスケールモデルによりウイルスの細胞乗っ取りを予測(Predicting Viral Hijacking Through Genome-Scale Modeling)

Abstract

Bacteriophage auxiliary metabolic genes (AMGs) alter host metabolism by hijacking reactions, but previous studies mostly inferred their roles from annotations, ignoring system-wide impacts and phage production. Here we integrate AMGs and phage assembly into a genome-scale metabolic model of Prochloroccocus marinus MED4 infected by P-HM2. We show that 17 directly hijacked reactions substantially affect more than 30% of the reactions in MED4 metabolism, including carbon fixation, photosynthesis, and nucleotide synthesis, distinguishing these AMGs as either phage aligned—shifting feasible reaction velocities in accordance with maximal phage production—or phage antialigned. Pareto optimization reveals that phage-aligned reactions alter phage-host growth trade-offs, while phage-antialigned reactions do not. We experimentally validate our predictions of system-level AMG impacts by measuring the N-dependent effect of P-HM2 cp12 expression on growth in a model relative of the genetically intractable MED4, Synechococcus elongatus. We also show that AMGs’ indirect impacts are synergistically and antagonistically coupled, providing systems-level insight into AMG perturbations and highlighting how nontrivial cascading effects shape host metabolism.

細胞遺伝子工学
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