研究成果的重點
· 發(fā)揮產學相結合優(yōu)勢，在世界上首次開發(fā)出準確測量細胞內代謝物的糖磷酸鹽的技術。
· 代謝中間體糖磷酸鹽大多是結構相似的物質，而且存在傳統(tǒng)技術無法對其進行分離并準確測量的問題。
· 預計有助于代謝疾病的新型治療方法、生物燃料生產微生物的開發(fā)、生物質資源植物的開發(fā)等。
研究概要
大阪大學研究生院情報學研究科的岡橋伸幸副教授、松田史生教授等生物信息計測學講座研究小組，與（株）島津制作所、大阪大學?島津分析創(chuàng)新共同研究講座※1飯?zhí)镯樧犹仄附淌冢◢u津制作所分析計測事業(yè)部 生命科學事業(yè)統(tǒng)括部高級經理）的團隊，在世界上首次開發(fā)出一項準確分析在細胞內代謝物中發(fā)揮著重要作用的糖磷酸鹽※2的技術。這使得可以更準確地測量代謝流量。
人類的每一個細胞都具有新陳代謝※3的功能，分解通過膳食等攝取的糖分，獲取生存必需的能量和生長所需的制造新細胞的成分（氨基酸等）。一般認為代謝功能異常與糖尿病和癌癥等各種疾病有關，為了闡明其機理，亟需一種準確測量糖降解過程中可能產生的代謝中間體的分析技術。其中，若干種被稱為糖磷酸鹽的代謝中間體具有相似的結構，即使2000年前后出現(xiàn)的代謝中間體的網羅式測量技術，經過近20年的發(fā)展，使用傳統(tǒng)技術分離這些中間體非常困難，而且測量的準確性有限。
此次，松田教授等人的研究小組利用島津制作所開發(fā)的前沿分析儀器進行產學聯(lián)合研究，成功開發(fā)出一種通過完全分離糖磷酸鹽，準確進行分析的方法。將本方法應用于癌細胞時，可以更準確地測量代謝流量。今后，通過將本方法應用于各種細胞、組織等，并對所獲得的數(shù)據(jù)進行分析，預期有助于疾病新治療方法和藥物的研發(fā)。另外，由于所有生物都具有代謝功能，因此本技術可應用于生產生物燃料的微生物和固定CO2的生物質植物，有助于環(huán)境友好產品制造技術的改進等各項研究的發(fā)展。
本研究成果于9月2日(日本時間)發(fā)表在美國科學期刊《Metabolic Engineering》上。
研究背景
截至目前，已知構成生物的細胞將葡萄糖等糖攝入細胞內，通過糖酵解系統(tǒng)的代謝途徑進行分解，并在此過程中制造能量及成為新細胞成分的前體物質。糖酵解是所有細胞生物的基本功能，近年來表明糖尿病和癌癥等各種疾病與糖酵解系統(tǒng)有著密切的關系。而且，為培育生產生物燃料的微生物，正在嘗試人工改善糖酵解系統(tǒng)。為了開展這些研究，需要準確測量糖酵解系統(tǒng)中大約15種代謝中間體。但是，糖酵解中間體(糖磷酸鹽)大多是結構相似的物質，而且存在傳統(tǒng)技術無法對其進行分離并準確測量的問題。
生物信息計測學講座的岡橋副教授、松田教授等人，與（株）島津制作所和大阪大學?島津分析創(chuàng)新共同研究講座開展共同研究，根據(jù)（株）島津制作所擁有的負CI模式氣相色譜/質量分析技術※4，開發(fā)一種新型分析方法，可以完全分離糖磷酸鹽，準確測量其同位素標記率※5。而且，將本方法應用于乳腺癌細胞（MCF7）的分析，成功地測量了代謝流量，準確度比以往提高10倍以上。這是大阪大學的研究成果和(株)島津制作所的技術成果相結合的產學合作研究成果。
本研究成果對社會的影響（本研究成果的意義）
根據(jù)本研究成果，通過測量各種生物可以獲得糖酵解系統(tǒng)更準確的數(shù)據(jù)。通過對收集的數(shù)據(jù)進行分析和運用，闡明各種疾病與糖酵解功能之間的關系，有望獲得癌癥以外疾病的新型治療方法和藥物研發(fā)有關知識。而且，通過將本技術應用于微生物和植物，預計有助于生產生物燃料的有用微生物的開飛，固定CO2的植物改良等，環(huán)境友好產品制造技術等研究的發(fā)展。
特別記載事項
本研究成果于2018年9月2日(日本時間)發(fā)表在美國科學期刊《Metabolic Engineering》（Online）上。
標題：“Sugar phosphate analysis with baseline separation and soft ionization by gas chromatography-negative chemical ionization-mass spectrometry improves flux estimation of bidirectional reactions in cancer cells”
作者名稱：Nobuyuki Okahashi, Kousuke Maeda, Shuichi Kawana, Junko Iida, Hiroshi Shimizu,and Fumio Matsuda
此外，作為文部科學省新學術領域研究“代謝適應的Trans-Omics分析”的重要一環(huán)，本研究的部分研究在與大阪大學研究生院工學研究科福崎英一郎教授的合作下實施的。
術語說明
※1 大阪大學?島津分析創(chuàng)新共同研究講座
成立于2015年4月20日，旨在建立以“生物技術”為核心的環(huán)境友好型可持續(xù)社會系統(tǒng)。以大阪大學的代謝物組學（總代謝物分析）為核心競爭力，協(xié)同島津制作所致力于解決各種問題。（URL：https://www.shimadzu.co.jp/labcamp/index.html）
※2 糖磷酸鹽
磷酸基團與幾乎所有生物擁有的糖相結合的代謝物群的總稱。結構類似的物質很多，完全分離很難。
※3 代謝
所有細胞都通過代謝的一系列化學反應，供給生存所需的能量和蛋白質合成所需的前體物質。如果代謝發(fā)生異常，則會導致糖尿病和高脂血癥等疾病。
※4 負CI模式氣相色譜/質量分析技術
一種在氣相色譜分離技術、質量分析檢測技術中組合應用負CI電離技術的測量方法。島津制作所是日本氣相色譜及質量分析儀器的頂級制造商。
※5 同位素標記率
大阪大學研究生院信息科學研究科正在開發(fā)測量代謝流量的技術。向細胞施用碳穩(wěn)定同位素(與碳的性質相同但質量不同的物質)標記的葡萄糖，通過調查碳的穩(wěn)定同位素通過糖酵解系統(tǒng)轉移到糖磷酸鹽的情況，可以測量代謝流量。為了準確地掌握代謝流量，必須將各個糖磷酸鹽完全分離，并測量其同位素標記率。
