専門分野：生命情報工学、数値計算工学、光触媒反応工学

研究課題：大規模代謝反応システムのコンピュータ解析に挑戦


主要な研究の概要

1）代謝反応システムのコンピュータ解析

人間を始めとする生物や微生物は、多くの酵素の力を借りて生命を維持しています。個々の代謝反応はそれぞれに割り当てられた酵素の触媒作用を受けるとともに、その反応速度は厳格にコントロールされており、これらは全体として酵素反応ネットワークを形成しています。当研究室では、このような生物反応システムを、バイオケミカルシステム理論（Biochemical Systems Theory；略してBST）および独自の手法で解析し、その特性を明らかにしています（図1）。
当研究室では、これまでに代謝反応ネットワークシステムの微分方程式を超高精度で解くことができるTaylor級数法や、同システムの動的感度を効率よく簡単に計算できる方法を確立しました。現在、これらを駆使しながらネットワークの構造が生み出す代謝反応特性の解明にチャレンジしています。

大規模代謝反応システムのコンピュータ解析 

図1　Dictyostelium discoideumのTCAサイクルの感度分布

2）光触媒を利用した環境浄化法

光触媒反応は住環境中に存在する様々な有害物質を室温で分解することができます。本研究では、光触媒反応プロセスの実用化を阻む因子（境膜拡散抵抗、単位表面積当たりの光強度）を特定し、これらを除去した高性能の環境浄化システムの開発を行っています。現在実用化段階にまでこぎ着けた連続吸脱着濃縮機と並列管型光触媒反応器を合体した空気清浄機は、大量の空気中に希薄な状態で存在する揮発性有機化合物を確実に分解し、迅速に浄化することができます(図2)。

大規模代謝反応システムのコンピュータ解析 

図2　連続吸脱着濃縮機と光触媒反応器からなる空気清浄機

主要な研究論文、著書

1) F. Shiraishi and M. A. Savageau, The tricarboxylic acid cycle in Dictyostelium discoideum, M. A., J. Biol. Chem., 267, pp.22912-22918, pp.22919-22925, pp.22926-22933, pp.22934-22943 (1992).
2) F. Shiraishi and C. Kawanishi, An effect of diffusional film on formation of hydrogen peroxide in photocatalytic reactions. J. Phys. Chem. Ａ, 108, pp.10491-10496 (2004).
3) F. Shiraishi, Y. Hatoh, and T. Irie, An efficient method for calculation of dynamic logarithmic gains in biochemical systems theory, J. theor. Biol., 234, pp.79-85 (2005).
4) F. Shiraishi, M. Nagano, and S. Wang, Characterization of a photocatalytic reaction in a continuous-flow recirculation reactor system J Chem. Technol. Biotechnol., 81, pp.1039–1048 (2006).
5) F. Shiraishi, T. Nomura, S. Yamaguchi, and Y. Ohbuchi, Rapid removal of trace HCHO from indoor air by an air purifier consisting of a continuous concentrator and photocatalytic reactor and its computer simulation, Chem. Eng. J., in press.
6) 白石文秀, バイオケミカルシステム理論とその応用: システムバイオロジー解析を効率化する, 産業図書（2006）

主要な研究手法、技術

微分方程式を高精度で解く、バイオシステムを診断する、定常状態または動的状態にあるシステムの感度を効率よく計算する、光触媒により空気、水を効率よく浄化する、光触媒反応プロセスを構築する、リアクターシステムの特性を理論的に明らかにする。