真核代謝の謎

代謝の設計原理の理解は、代謝に関する「予測」をするために重要です。例えばバクテリア（大腸菌など）は、他のバクテリアと資源の競合が起きたとき、他のバクテリアを殺す・食うという方法をとるよりは、他のバクテリアよりも速く増殖する。という戦略をとっていると考えられています。そこから、ゲノムサイズは小さいほうがいい、などの観察結果が説明されます。

これを「代謝の設計原理」に読み替えると、

・バクテリア（大腸菌など）の代謝フラックス分布は「増殖が最大になるように」最適化されているはず。

という仮説が立ちます。そこで、フラックスバランス解析法という化学量論（化学反応式）に基づく代謝シミュレーション法では、

・増殖最大を目的関数として、線形計画法で代謝フラックス分布を最適化

しています。経験的にこの方法で最適化すると、実際の代謝フラックス分布によく似た結果が得られるので、経験的に仮説が実証されました。

すると、代謝酵素の遺伝子を破壊した時や、代謝酵素の阻害剤を処理した時の代謝フラックス分布も、その条件下で、増殖が最大になるように代謝フラックス分布を最適化することで予測することが可能となります。これが、無茶苦茶便利なため、必須遺伝子といった基礎研究が、代謝工学、創薬などの応用研究に活用される原動力となりました。

一方、真核生物の出芽酵母は、酸素がある状態でも、あえて呼吸というエネルギー獲得効率のよい酸素が必要なATP再生方法（最終産物はCO2）をあまり使わず、発酵というエネルギー獲得効率の悪い、酸素が不要なATP再生方法（最終産物はエタノール）を用いることが知られています（クラブツリー効果といいます。）。大体取り込んだグルコースの8割程度をエタノールに変換しています。

「増殖最大」を実現するには、呼吸のほうのが圧倒的に有利なため、酵母の代謝は「増殖最大」とは、異なる原理で動いていることになります。出芽酵母は自然界ではふわふわと空気中を漂っており、花の蜜や果物の汁があるところにうまく到達すると、その環境のグルコースをいち早くエタノールに変換して周囲にバラマキ、他の菌の侵入を防ぐことで、その場のグルコースを総どりします。最終的には、エタノールも再び取り込み、呼吸でエネルギーに変換する。という生存戦略をとっていると考えられます。そこから、「エタノール生産最大」という目的関数で最適化をすると、呼吸がゼロという現実とは異なる結果となってしまいます。そこで、「必要酵素量効率化説 (Mol Syst Biol (2009)5:323)」「栄養源輸送上限説 (Mol Syst Biol (2011)7:500)」「自由エネルギー生成上限説 (Nature Metabolism (2019)1:125-132)」など、他の目的関数や制約が提唱されていますが、これだ、という決定版はまだわかっていません。

がん細胞となると、謎はさらに増えます。出芽酵母のクラブツリー効果に相当するワールブルグ効果という現象が知られています。少なくともこれまで我々が調べた、１３種のがん培養細胞では、取り込んだグルコースの8割以上を乳酸に変換して細胞外に排出していました。さらに、全てのがん培養細胞はグルコースの1/10～1/5程度のグルタミンを取り込んで、炭素源として代謝しエネルギーを得ていました。しかし、グルコースを基質とした呼吸を行えば必要なATPを得られるのに、あえて効率の悪いクラブツリー効果やグルタミノリシスを行っているのか？という点について、合理的な説明ができていません。つまり、代謝の設計原理の理解がわからないため、がん細胞の挙動について、代謝という観点から「予測」することもできていないのが現状です。

そこで、がん培養細胞の代謝設計原理を解明するため、まずはファクト＝データの収集から始める。という作業を行っています。

第166回 質量分析関西談話会「イオン化の新潮流」

第166回 質量分析関西談話会「イオン化の新潮流」

日時：2020年7月18日（土）14時00分～

会場：オンライン

（講演者はWEB-EXを使用します。申込受理された方にはWEB-EX参加用のアドレスをお送りいたしますのでPC等にて接続し、WEB-EXにてご参加ください。途中参加・途中退出は自由です）

定員：先着180名

 

今般の新型コロナウィルス（COVID-19）の流行拡大とそれに伴う社会情勢等を受けまして、第68回質量分析総合討論会は現地での開催が中止となりました。一方で、日本質量分析学会関西談話会としては、講演会等の実施による継続的な学術・人的交流が重要であるという観点から、第166回 質量分析関西談話会をオンラインで開催することとしました。今回は、「アンビエントイオン化」をテーマとして、2020年度の 日本質量分析学会「奨励賞」と「論文賞」の受賞者を含む若手精鋭の先生を演者にお招きして、オンライン講演会を開催します。日本質量分析学会関西談話会としては初めてのオンライン開催となります。どこからでもお気軽にご参加ください。

 

講演プログラム

1.       14:00～14:10

イントロダクションと講師の方々の紹介　川﨑英也（関西大学化学生命工）

２．14:10～14:50

PESI/MS/MSを用いたリアルタイム・メタボローム解析とBioinformaticsを融合したHigh-throughput platform: PiTMaPによる代謝プロファイリング

財津 桂（名古屋大学高等研究院 若手新分野創成研究ユニット・フロンティア/大学院医学系研究科）

3.       15:00～15:40

Atmospheric Pressure Dark-Current Argon Discharge Ionization with Comparable Performance to Direct Analysis in Real Time Mass Spectrometry（2020年度　日本質量分析学会　論文賞）

関本　奏子　（横浜市立大学大学院生命ナノシステム科学研究科）

4.       15:50～16:50

走査型プローブエレクトロスプレーイオン化法の開発研究（2020年度　日本質量分析学会　奨励賞）

大塚　洋一　 (大阪大学大学院理学研究科)

5.       17：00～17:20   総合討論（質問の回答を含む）

司会：川﨑英也（関西大学化学生命工）

 

オンライン懇親会（参加希望者のみ。講演終了後、1時間程度、ZOOMによる質量分析に関わる話題などフリートーク懇親会を開催します）

 

参加費：無料

参加申込み：下記URL からお申し込みください【受付締切：2020年7月15日（水）】

URL: https://forms.gle/8kdCvoWHQnEdRhwu5

 

※Web サイトからの申込がうまくいかない場合は、(1)氏名、(2)所属、(3)メールアドレス、(4)日本質量分析学会 会員番号、を明記し、下記メールアドレスまでお送りください。メールアドレス: kansai17_%_mssj.jp （送信の際は、_%_を@に変えてください）

世話人：吉野　健一（神戸大学）、川﨑英也（関西大学）、松田史生 （関西談話会世話人代表、大阪大学）

バイク乗り

あの山形浩生氏が、バイク（YBR250）を買ったそうだ。中型免許はずっと昔に取っていたらしい。

・バイク乗りが増えるのはよいことだ。

・ブログでチェ・ゲバラの話をさんざんされてたあとなので、バイクで旅に出たくなる気持ちはわかる。

・YBR250を選ぶあたりはさすがであります。噂によると1回の給油で800km走ることもあるらしい。東京から岡山あたりまでは楽勝ですな。

・ぜひ仕事先（ウランバートルとか）のバイク事情など教えていただけると嬉しい。

・大型免許を取るかが人生の分かれ目でありましょう。

あしたのために その 1

先ほど、とある先生から感嘆すべきアイデアをお聞きしたのでここに記す。

公立教育機関の春学期開講日を9月（正確には26週）にずらし、以後すべて5か月ずれで教務歴をまわす。

というものである。したがって令和2年度の卒業式は令和３年の8月末に行われることになる。

☆懸案の9月入学をこれを機に実現してしまえる。
☆予定を遅らせるなら何でもできるように思う。
☆2020年度は盆も正月もなくなるが、これはやむをえまい。
☆今年の４月から8月まではプログラミングのオンライン学習にあてるといいと思う。

新春読書

「The sentence is death」（アンソニー・ホロビッツ、Century）を読んだ。「メインテーマは殺人」の続編。離婚専門の弁護士が自宅で殺され、壁には犯人が残した"182"という謎のメッセージが、という好きな人にはたまらない設定でした。楽しむためにも"A study in scarlet"は事前に読んでおいたほうがいいでしょう。
「長渕剛論」「宮崎駿論」（杉田俊介、NHK出版、毎日新聞出版）を読んだ。著者の書いた「芸術家・椎名林檎は、2020年の東京五輪に何を「賭けて」いるのか」という記事の「椎名林檎はオリンピックで何をしたいのかさっぱりわからないが不穏だ」という話ににまったくその通りだと思ったので興味を持って読んでみた。
どうもこの著者は「作品を通じで自分を語る」タイプの評論家らしい。「長渕剛論」はいまこの時代に男性というジェンダーを引き受けることとは何か？という課題について、自分の思うところを長渕剛の読解を通じて語るというものだ。たしかに、現在の物語における父親の機能の可能性の論考としてなかなか楽しく読めた。さらに、途中から筆者の一人称が「僕」から俺に代わるのだ。「俺」が語る文芸評論としても空前絶後の画期的な到達だろう。杉田氏自身が本論を通じて主体の置き場所を微妙に変えていくのである。それと並行してジェンダーに関する論考が陥るポイント（男らしさに関する議論が人間らしさと直結してしまい、ジェンダーと関係なくなる）にはきっちり引っかかっているのが味わい深い。僕じゃなくて俺っていわないと、男の話だっていうのがわかんなくなっちゃうんだな。たぶん。さらに、また隣人にやさしくあるためにどうあらねばならないか、という問題の解決よりも、問題設定の枠組みそのものをかっこに入れるという、肩の力の抜けたおじさんの知恵と長渕剛的であることとの両立のほうがむつかしそうだなぁという感想をもった。
「宮崎駿論」は杉田氏のアプローチのわかりやすい限界を示していると思われる。杉田氏は、宮崎駿のアニメーション作品にも、自分とシンクロできる領域を探しており、本書では、ある領域ではシンクロできたという報告である前半（魔女の宅急便まで）と、自分がシンクロできてしかるべき領域が宮崎駿の作品で十分語られていないこと（マッチョな父親の居場所）を妙に、愚痴るという後半に分かれている。最初私は、杉田氏が「宮崎駿の雑想ノート」や「飛空艇時代」原作マンガを読んでいないのではないかと訝しんのだが（そんなことはなかったけど）、これらの漫画群をよむとすぐわかるように、宮崎駿のアニメーションは、杉田氏の考えるような物語作品（テーマがあり、主張があり、表現があり、オチがきちんとなるお話）ではまったくもってないような気がする。なんか悪ふざけしている爺ちゃんの面白いお話、くらいなもんだろう。たとえば『ポニョ』の本質となる絵である「ポニョ来る」というイメージボードの作画過程などをみると、宮崎駿がながいながい苦悩というか、有無の苦しみを経て、うーーーんと唸ってじたばたした後、書くべきものを見つけて、絵を書く時のノリノリな（この場合「ワルキューレの騎行を口ずさみながら）おっりゃーっ、ドドドドーっていう感じを、アニメーションを通じてわれわれも体験する、ということがまずは重要なのであって、それ以外のテーマとか、それらしい主張とか、お話としての整合性とか、きちんとオチるオチとかは、全部後付けのような気がする。

Ryzen 9 + Anaconda + numpy

Windows用AnacondaのnumpyはIntel Math Kernel Library(MKL)という数学演算ライブラリを利用している。というか、MKL以外のOpenBLASなどを使おうとするとすごく大変らしい（MacOSX, Linuxでは可能）。Windows用Anacondaのnumpyを用いると、演算のタスクを複数のコアに勝手に分散して高速化してくれる。しかし、parallel pythonなどで関数単位のジョブを複数のコアに分散させて並列計算する場合、1ジョブの演算タスクは１コア内で完結してくれないと困る。

こういう場合はmkl-service パッケージを使う
> conda install -c anaconda mkl-service


として、各コアに分散する関数の最初のほうに

import mkl
mkl.set_num_threads(1)

として、mklに最小のスレッド数を１にせよと指令を出すと１コア内で完結するようになる。

さらに問題なのは、AMDのRyzen 9 3900xを積んだPCでWindows用Anaconda＋numpyを利用するときである。PCを買ってから気づいたのだけど、Ryzen 9はIntelが開発しているMKLと大変相性が悪い。開発中のmfapyはnloptをソルバとして用いているので、

１．下記のように仮想環境mfapyを作成する。

> conda create -n mfapy -c conda-forge nlopt numpy scipy matplotlib

（現在python 3.8.0がインストールされます）

２．この記事を参考にmklの機能を止める

> conda install mkl -c intel --no-update-deps

さらに環境変数MKL_DEBUG_CPU_TYPEを設定する。

MKL_DEBUG_CPU_TYPE=5

３．mkl-serviceモジュールを使用できるようにする。

> conda install -c anaconda mkl-service 

こうすると、上記のmkl.set_num_threads(1)を設定することで、演算タスクを

１コア内に完結できるようになる。

どうもRyzen上でも、mkl-serviceによるスレッド数制御は可能らしい。

一方、インテルcpuに特有の命令は２）の操作で殺すことができているようだ。

シラバスの使い方

大学改革の迷走 (佐藤 郁哉　ちくま新書) を読んだ。本書にも書かれているように、「私がアメリカの大学に留学した時はこうだった。」とか、「私が訪問したアメリカの大学ではこのような制度が、、」とか、「話によるとアメリカの大学では特許料の収入が、」などなどの、データに裏付けのない個人的経験に基づく価値判断が、大学改革への取り組みに大きく影響しているのは間違いない。本書においてまず最初に取り上げられるのはシラバスである。本書の筆者もまた、留学先で出会ったシラバスの教育効果に感銘を受け、アメリカ式のシラバスの実践を帰国後に自身でも行っているらしい。
一方、なぜ、アメリカの大学教育現場がシラバスを必要としているのかについての考察が全くないのが興味深い。日本の大学教育現場ではシラバスがないと絶対に困るとは言えない。一方、アメリカでは、シラバスをせっせと作らないと絶対に困る切実な理由が、大学教員にも学生にもきっとあるのではないかと思われる。
アメリカの大学では成績不振者をどんどん退学させるらしく、卒業率は60％程度である（落第すると別の大学に編入したり、就職したりするそうだ。また、お金が足りなくなったとか、あまりにも厳しくてやる気がなくなった。という退学理由も多いらしい。あと、5年6年かかって卒業する例も多いらしい）。このようなシビアな環境では、
・学生は効率的に勉強するために事前に、どのような内容なのか評価基準等について詳細な情報が記載されたシラバスが欲しい。
・良い成績が取れなかった時には、低い評価につながった理由などを教員に問い合わせるだろう。また、「シラバスの内容と実際のクラスの内容が異なっていた。」などの苦情を申し立てることもあるだろう。下手すると訴訟を起こしたりするかもしれない。
・教員が、このような苦情に対応していくには、教育内容および達成目標を明記し、評価基準を明確化する必要がある。あなたは○○という達成目標が達成できなかったので、落第です。と説明する責任を負わされている。
ようするに、「何とか卒業するための情報源としてのシラバス」「落第しそうになった時にケチをつける根拠としてのシラバス」「落第する学生の苦情から身を守るためのシラバス」だったら、まず間違いなく活用が進むだろう。その副次的な結果として高い教育効果が得られる場合があると考えるのが妥当な気がする。
一方、前提となる環境が全く異なる日本の大学では、アメリカの大学と同じスタイルのシラバスを運用する切実な理由はなさそうだ（ときどき成績に文句のある学生が、「私はシラバス通り勉強したつもりですが」という、本来のシラバスの利用法をおこなっているのを見る）。シラバスは、事前に何を教わるのかあらかじめ明記することが必要な、自動車教習所とか英会話学校のような場所では、有用であるのは間違いないだろう。一方、教育ができることを「事前に何を教わるのかあらかじめ明記」できることだけに制限してしまうというのが、シラバスの問題点であることも間違いない。

追記：という話をイギリス出身の方にしたら、そんなわけでもないけどね、、というコメントでした。この記事もまた、「データに裏付けのない個人的経験に基づく価値判断」なのでありましょう。反省。。