有田研究室のテーマは計算機による「代謝」の解析です。主なトピックは以下のとおりです。 (English)

• 代謝ネットワークの再構築
  主に微生物の代謝について、餌であるグルコースが細胞に必要なアミノ酸や核酸、脂質に変換される過程を原子レベルで電子化、細胞内における物質の収支を正確に記述するソフトウェア開発をおこなっています。これは微生物を用いた発酵産業や、バイオテクノロジー技術のシミュレーションをおこなうための必須技術でもあります。細胞内の物質変換というアプローチを通して、生命の謎に迫ります。
• 植物二次代謝産物のデータベース
  植物二次代謝産物は、生薬の他にも花の色や香り、健康食品など身の回りで様々に利用されています。理化学研究所の植物科学研究センターと共同して、植物に含まれる様々な代謝物を定量、解析する研究をおこなっています。特にフラボノイドを詳しく研究しており、そのデータベースを作成しています。
• 脂質代謝の解析
  古くから健康科学の観点で注目を浴びてきた脂質代謝ですが、脂質分子と細胞内のシグナル伝達の関係が明らかになって以降、最先端研究としても位置づけられています。東大医学部と共同してマウスの代謝を解析することで、脂質の生理的役割を明らかにします。また日本脂質生化学会の公式データベースの作成も担当しています。
•  面白ソフトウェアの開発
  上記のテーマに限らず、面白い視点の研究を積極的に推進しています。例えば、DNAの中に人工情報を書き込むための符号の開発や、Googleのアルゴリズムを用いて生体ネットワークの解析をおこなう等の研究を手がけてきました。

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よくあるQ&A

Ｑ．プログラミングが全くできないのですが、研究できますか？
Ａ．バイオインフォマティクスをやる以上、計算機を理解しプログラムが書けるようになることは重要です。「既存ツールを使いこなすバイオインフォマティクス」という考え方もありますが、そのままでユニークな研究をすることは難しいでしょう。

Ｑ．どんなプログラミング言語を勉強したらよいですか？
Ａ．有田研ではJavaを用いています。言語設計がしっかりしており、プラットフォーム非依存かつ大規模プログラミングに向いているからです。まずはJava開発環境(Java SE)を自分のマシンにインストールしてみましょう。

Ｑ．情報科学とバイオロジーと両方勉強しなくてはいけないんですか？
Ａ．そうです。

Ｑ．代謝とは、新陳代謝のことですか？
Ａ．そうです。代謝や栄養という言葉は、非常に曖昧に使われています。例えば、栄養のある食事と、ない食事の区別は何でしょう？代謝を活発にするとは、具体的にどういう意味でしょう？こうした概念を物質（アミノ酸や糖）という側面から科学的に解析するのが研究目標です。

Ｑ．代謝をどうやって解析するのですか？
Ａ．代謝を化学反応の集まりと考え、各反応において物質の構造が変化する様子を原子移動のネットワークとして表現します。このネットワークから代謝経路の検索や、物質収支の計算がおこなえます。

Ｑ．物質収支や経路検索の何が楽しいのですか？
Ａ．細胞の基本部品が作られるバランスを調べます。例えば味の素は、餌として与えたグルコースの８０％近くを、自分の増殖の為ではなくＬグルタミン酸ナトリウムに変換してしまう微生物を使って作られています。こうしたスーパー微生物は従来、研究者が自然界から探してくるものでしたが、それらを設計できるようにしたいのです。

Ｑ．ではなぜ植物も研究するのですか？
Ａ．基礎代謝と呼ばれる部分は、植物も微生物も基本的に同じソフトウェアで扱えます。植物の研究は、食糧増産や地球環境に役立つことはもちろんですが、身の回りで、健康食品や生薬としてたくさん利用される植物の二次代謝産物にも興味を持っているからです。

Ｑ．健康オタクなのですか？
Ａ．いいえ、日頃は不摂生しています。ただ、健康食品や医薬品に対する正しい理解を世の中にきちんと広めたいと思っています。

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Research Topics

Reconstruction of Metabolism

To accurately reproduce (i.e. simulate) metabolism, the digitization of metabolite structures is indispensable. To trace the nitrogen atom in the urea cycle, for example, we need the information of structural changes in each catalytic (enzymatic) reaction. The ARM project provides software systems to handle such information in metabolism, and to realize the tracing of each carbon or nitrogen atom in the network.

Recommended Readings

• M. Arita Genome Research, 13(11) 2455-2466, 2003.
• M. Arita Proc Natl Acad Sci USA, 101(6) 1543-1547, 2004.

Writing Information Into DNA

As bio- and nano-technology advances, the demand for writing information into DNA increases. Areas of immediate application are: DNA computation, DNA tag/antitag system, DNA data storage, and DNA signature. My research focuses on how to design a standard DNA code words for such application.

Recommended Readings

• PC Wong, K Wong and H Foote "Organic Data Memory Using the DNA Approach" Communications of the ACM 46(1) 95-98, 2003.
• M Arita "Comma-free design for DNA words."
  Communications of the ACM, 47(5) 99-100, 2004.

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