奈良から世界へ：食・長寿・エコをめざした生物機能研究プラットフォーム
KNApSAcK ファミリー：生物種-代謝物データベース(KNApSAcK Family)～ 機能性研究の効率化を促進 ～高橋弘喜、平井晶、中村建介、Md.Altaf-Ul-Amin、Aziza Kawsar Parvin、旭弘子、金谷重彦(奈良先端科学技術大学院大学・情報科学研究科・情報生命科学専攻・比較ゲノム学講座）
KNApSAcK Family Databaseの概要

1.3 世界の薬用植物

グローバルスタンダードとしてのKNApSAcK 2(学術的評価）(KNApSAcK from around the world)

Davey, M.P., et al., Metabolomics, (2009)

奈良から世界へ：食・長寿・エコをめざした植物機能研究プラットフォーム

メタボロミクス

生理活性・・・

・・・

プロテオミクス
トランスクリプトミクス

・・・

メタボロミクス・・・

プロテオミクス
トランスクリプトミクス

ヒトOmics

・・・

薬用植物配合・・・・・・

治療法植物Omicis・・・

薬用・食用知識ベース

漢方生薬
生物種・生物活性DB
インドネシア薬用植物DB

世界の薬用・食用植物DB

食用植物
図1 植物の機能性探索のためのプラットフォーム

遺伝子機能分類

生物種・代謝物DB

http://kanaya.naist.jp/KNApSAcK_Family/

TargetResearch
papers-2009 (Red,Foreignofcountry)0Overy, D.P., et al.,~100 papers (2006-10)
0

メタボロミクス検索エンジン

510

Arabidopsis thaliana

Salanum lycopersicum
Brassica oleracea

Plant J., 54, 949-962, (2008)10

Curcuma longa

papers-2007

Sofia, M., et al., Trends in Anal. Chem., 26, 855-866, (2007)
Hummel, J., et al., Topics in Curr. Genet., 18, 75-95, (2007)
Gaida, A., and Neumann, S., J. Int. Bioinf., (2007)
Griffiths,W.J.,Metabolomics,Metabolonomics and Metabolite Profiling,(Royal Soc.Chem.),2007
Ohta, D., et al., Anal.Biol. Chem.(2007)

E. coli
Rattus norvegicus, (2007)

Suzuki, H., et al., Phytochemistry, (2007)
Sakakibara, K., et al., , J .Biol. Chem.,282, 14932-14941, (2007)
Saito, K. et al., Trends in Plant Sci., 13, 36-42, (2007)

Kikuchi, K and Kakeya, H.,

各国の食/薬用植物リスト

4Nature Chem. Biol., 2, 392-394, (2006)

papers-2006

Oikawa, A.,et al., Plant Physiol., 142, 398-413, (2006)
Shinbo, Y., et al., Biotchnol. Agric. Forestry, 57, 166-181, (2006)
Shinbo, Y., et al., J. Comput. Aided Chem., 7, 94-101, (2006)
since 2004
Web-sites linked to KNApSAcK(WikiBook)
http://en.wikibooks.org/wiki/Metabolomics/Databases(UC Davis） http://fiehnlab.ucdavis.edu/staff/kind/Metabolomics/Structure_Elucidation/(KEGG)
http://fire3.scl.genome.ad.jp/dbget-bin/www_bfind?knapsack(TAIR-Metabolomics Resource – Databases) http://www.arabidopsis.org/portals/metabolome/metabolome_database.jsp/（LECO manual） Form No. 203-821-333(PubMed) referred by C-ID
http://metabolomics.jp/wiki/

2 KNApSAcK CORE 生物種-代謝物DB
ウエブバージョン
http://kanaya.naist.jp/knapsack_jsp/top.html

ダウンロードバージョン
http://kanaya.naist.jp/KNApSAcK/(2)生物種-代謝物関係DB
生物名（学名）
代謝物名
分子式
KNApSAcK ID
CAS ID
イオン化質量から検索できる.

(KNApSAcK Core)
50,048種の代謝物と101,500対の生物種とその生物において報告された代謝物の関係を収録した。

世界の薬用/食用植物

20

Fragaria x ananassa

Want, E.J. et al., J. Proteome Res., 6, 459-468, (2007)

Planta15

Bioinformatics
Methodology
Development

papers-2008

Nature Protocols, 3, 471-485, (2008)

Nakamura, Y., et al.,

10

Review Article

Dunn, W.B., Physical Biol.,5, 1-24, (2008)
Akiyama, K., In Silico Biol., 8, 27, (2008)
Sawada, Plant Cell Physiol., (2008)
Arita,M. and Suwa, K., BioData Mining, 1,7.1-8 (2008)
Saito, K. et al., Trends in Plant Sci.,13, 36-43, (2008)
Akiyama, K., et al., In Silico Biol., 8, 339-345, (2008)
Takahashi, H., Anal. Bioanal Chem. (in press) (2008)(1)薬用・食用知識ベース
食用と薬用としての人類の知恵を把握することが植物の機能性研究において必要とされる。そこで、現在までに以下の4つのデータベースを構築した。
1.1 食用植物DB (Lunch Box)
食品の機能性について709種を収録した。
1.2 漢方生薬DB (KAMPO)
278種の生薬と1,581種の漢方処方の関係、効能を整理し、収録した。
1.3 世界の薬用植物
48,256対の薬用植物と使用国(217GZ)の関係を整理し、収録した。
1.4インドネシア食/薬用植物DB(JAMU)
５５０種の生薬と5,310種のジャムウ配合処方、効能を整理し、収録した。
1.5生物種-生物活性DB(Biol.Activity)
33,703対の生薬(1,399)-生物活性(2,418)を収録した。

5Metabolomics
Non-targeted Analysis

17

Malitsky, S.,., et al., Plant Physiol., (2008)
Warner, E., et al., J.Chromatography B,(2008)
Fait, A., et al., Plant Physiol., 148, 730-750 (2008)
Mintz-Oron, S., et al., Plant Physiol., 147, 823-851, (2008)
Hanhineva, K., et al., Phytochemistry, 69, 2463-2481 (2008)
Bottcher,C., et al., Plant Physiol.,147,2107-2120, (2008)
Farder, A. et al., J. Nutrition, 138, 1282-1287, (2008)
Mintz-Oron, S., et al., Plant Physiol.,147,823-825, (2008)

Iijima, Y., et al.,

遷都1300年

10

Hounsome, N. et al., Postharvest Biol. Technol., (2009)
Xie,Z., et al., J.Exp.Botany,60, 87-97, (2009)
Giavalisco, Anal.Chem.(2009)
Draper et al., BMC Bioinformatics, (2009)
Shroff et al., PNAS (2009)
Yonekura-Sakakibara and Saito, Nat. Prod. Rep., 26, 1466-1487 (2009)
Oish et al., Plant Biotechnol.,26,167-174 (2009)
Kai et al., Plant Biotechnol, 26, 175-182(2009)
Matsuda et al., ProS One, 4, e7490.1-10(2009)

植物には、野菜、山菜など食としての役割、漢方薬などに代表される生薬としての役割があり、ヒトの生命活動に欠かせないものである。近年、高精度質量分析装置の発展により植物、動物によらず生体内における代謝物を高精度かつ悉皆的に分析することが可能となった。メタボロミクス研究では、高精度質量分析装置を駆使し、生物における細胞・組織の全体の代謝物を測定し、ポストゲノム解析として発展したプロテオミクス、トランスクリプトミクス研究と統合することにより、細胞内の代謝物の動的制御機構を理解することをめざしたシステムズバイオロジーである。メタボロミクスによる食物あるいは生薬としての植物のヒトへの効果を分子レベルで解明するために、図１のプラットフォームに従ってデータベースの構築を進めている。本発表ではその進捗を報告する。

(3)遺伝子の機能分類DB
生物活性

生物種-二次代謝物関係DB

漢方生薬
遺伝子機能分類

ジャムDB
食用植物

串刺し検索

酵素DB(On going)

図2 KNApSAcK Family メインウインドウ

1.1 食用植物DB (Lunch Box)

遺伝子発現を体系的に理解すること
は、植物においては有用物質生産の向上を目指すこと、植物の機能性食品としてのヒトへの効果を把握するために必要である。そこで、細胞あるいは組織全体の発現遺伝子の動的変動を把握することを目的にモデル植物(Arabidopsis thaliana) と ヒ ト (Homosapiens)の遺伝子機能データベースの構築を行った。
0

日本伝来

健康促進機能
加工品情報

マメ科
キク科
セリ科
アブラナ科
ウリ科
バラ科
ミカン科
シソ科
ユリ科
ナス科
イネ科
タデ科
アオイ科
ショウガ科

マメ科
キク科
セリ科
アブラ ナ科
ミカ ン 科
バラ 科ウリ科
シソ科
ユリ科
ナス科
イ ネ科
タデ科
ショ ウガ科
アオイ 科
フトモモ 科
クスノキ科
キシメジ科
ウルシ科
アカ ザ科
コン ブ 科
オモ ダカ 科
ウコギ科
ラン 科
ヤマノイ モ科
ヤシ科
モエギタケ科
ムクジロ 科
ヒルガオ科
ヒラ タケ科
ナガマツ モ科
ツ ツ ジ科
サボテン 科
サトイ モ科
クル ミ科
オミナ エシ科
ウシケノリ科
ユキノシタ科
モクレン 科
モクセイ 科
ミズア オイ 科
マツ 科
マタタビ 科ホン ダワラ 科
ベン ケイ ソウ科
ブ ナ科
ブ ドウ科
ヒノキ科
ヒシ科
パン レイ シ科
パン ヤ科
パパイ ア科
バショ ウ科
ハラ タケ科
ハマミズナ科
ハゴロ モ科
ニクズク科
トケイ ソウ科
トクサ 科
ツ ルムラ サキ科
ツ ルナ科
ツ バキ科
チガイ ソ科
ゼン マイ 科
セイ ヨウショ ウ510152025

食用植物
種：380種スベリヒユ科
スイ レン 科ジョ ウジバナ科
シメジ科
シバナ科
シナノキ科
ザクロ 科
サルノコシカ ケ
ゴマ科
コバノイ シカグマ
コショ ウ科
ケシ科
クワ科
クロ ウメモドキ
クマカ ズラ 科
キン トラ ノオ科
ガマ科
カ バノキ科カ タバミ科
カ キノキ科
オトギリ ソウ科
イ ワズタ科
イラ クサ科イ チョ ウ科
イ グチ科
アヤメ科
アナナス科
アケビ 科
アカ テツ 科

同一の代謝物を生合成できる生物情報

写真
栄養学データ1.2 漢方生薬DB (Kampo)
化学構造

生薬の配合例

世界の薬用植物研究の動向
7000
日本は、世界の薬用植物メタボロミクス研究の拠点！

生薬の効能
Medicinal Plant species

生薬グループ Æ 漢方処方の検索

生薬（学名）Æ 漢方処方の検索

6000(Schippmann et al.,(2006)

IndonesiaChina

5000

4000

India

3000

2000

1000

0

the US

VietnamThailandJapan
Pakistan

Malaysia

Korea FranceNepal
Bulgaria
Sri Lanka
JordanHungary0

Philippines

Asia
Others

10,00020,00030,00040,000

Plant species

漢方処方名Æ漢方処方の検索
代謝物数50,000

重複チェックシステム

45,00040,000

グローバルスタンダードとしてのKNApSAcK 1(一般的評価）

今後の課題[1]データの充実。

KNApSAcKへのリンク
市民にも活用できるデータベース[2]地球レベルでのヒトの生命活動としての植物利用を考慮した生物間食物連鎖の解明。

35,00030,00025,00020,00015,000

一括入力システム

10,0005,0000
2004
4月

2005

2006

2007

2008

2009

2010
？月