【研究領域課題番号】20K15769 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ハプロタイプ / ゲノム / メタゲノム / 多様性 / ヘテロ接合性 / ゲノム多様性 / 高ヘテロ接合性 / de novoアセンブリ

【研究成果の概要】

本年度では前年度に引き続きハプロタイプ解析用ツールの開発を実施した。開発を進めるにあたって、多数の微生物のハプロタイプが混在した微生物叢のメタゲノムデータは当ツールのテストに適しており、本研究の成果の応用先にもなることが見いだされた。そのため微生物叢のデータを用いて開発を推進し、類似した配列の誤接続を防ぎつつゲノム配列を決定可能なツール: MetaPlatanusを実装し論文発表した (Kajitani et al. 2021)。当ツールは正確性に優れ塩基あたりのコストが低いショートリードDNAシークエンサーのデータ、およびコストは高いが一度に長い配列を読み取れるロングリードDNAシークエンサーのデータを併用することで長いゲノム配列を決定できる。本手法は今後は繰り返し配列が多い真核生物のゲノムデータにも応用されることが期待される。
並行して近年に使用例が増加している、DNA分子の空間的な近接関係を捉えるHi-C法や、エラー率の低いロングリード技術であるHiFiリードの利用の検討も行った。代表者は所属研究室の人員と共同でHi-C法を利用したハプロタイプ配列決定手法を開発している (論文投稿中)。また、HiFiリードを用いても高ヘテロ接合性のサンプルに対しては課題が存在することもベンチマークにより確認している。
公開データを用いたヘテロ接合度分布の網羅的解析については進行中であるが、多数の生物種のゲノムを対象とした計画 (Vertebrate Genomes Project、Darwin Tree of Lifeｔ等) が急速に進行していることに注意を払っている。次年度はクラウド計算機資源を活用しつつ、大量のデータを並列的に処理して解析結果をまとめていく予定である。

【研究種目】若手研究

【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31

【配分額】4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)

【研究分野】自然人類学

【研究領域課題番号】17H03738 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

糞石 / 歯石 / ゲノム / DNAメタバーコーディング法 / 摂食物同定 / 狩猟採集 / 農耕牧畜 / 先史時代 / 縄文時代 / 弥生時代 / ゲノム解析 / 植物性植物 / 狩猟採取 / 古代ゲノム / 摂食物 / 腸内細菌 / 植物性食物 / 農耕 / メタゲノム / 先史日本列島人 / 食性 / メタゲノム解析 / DNAバーコーディング / 縄文人 / 弥生人 / 古人骨 / 古ゲノム解析

【研究成果の概要】

本研究の目的は、先史時代遺跡で見つかる糞石や歯石のゲノム解析をおこなうことにより、当時の人々の摂食対象となっていた動植物の同定する技術の確立である。本研究では、この技術的基礎を確立のために①飼育下の哺乳動物の糞便、②伝統的生活を続ける現代の先住民の糞便などをもちいて糞便からのDNA抽出技術の改良、ゲノム解析による摂食物同定技術の最適化を進めて来た。こいして蓄積したノウハウにもとづき、③日本の先史時代の糞石、④歴史時代の歯石からDNAを抽出し、DNAメタバーコーディング法による摂食物同定に成功した。④に関して国際誌PLoS ONEで原著論文を発表した。

【研究の社会的意義】

これまであまり研究対象とされてこなかった糞石および歯石に着目し、過去の人々が実際に何を食べていたかを明らかにするその第一歩が達成できたことの学術的意義は大きい。わたしたちの成果からゲノム解析にもとづく食性分析により、従来の方法では分からなかった、科あるいは属レベルでの摂食対象生物の同定が可能になった。食生活は、戦後の欧米化によって劇的に変化したが、これが現代日本人の健康にどのように影響しているかを過去にまでさかのぼった定量的な研究はこれまでほぼ皆無であった。本研究で得られるゲノム配列データがその答えを与えることが期待でき、社会的意義も大きい。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円)

【研究分野】土木環境システム

【研究領域課題番号】17K06614 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

腸管系ウイルス / メタゲノム / 流入下水 / 未知塩基配列 / メタゲノム解析 / 下水 / 土木環境システム / ウイルス / 感染症 / ゲノム

【研究成果の概要】

一本鎖（＋）RNAウイルスを効率的に検出する選択的メタゲノム解析手法を用いて、流入下水およびヒト便検体から新たなウイルスゲノムと考えられる配列を検出することに成功した。当該配列は流入下水検体（31検体）から100％、および胃腸炎患者便検体（50検体）から86％の割合で検出された。本研究で用いた手法により、将来的なウイルス感染症の早期検出が期待され、また、本研究で検出した配列は新たな糞便汚染指標としても有用であることが示唆された。

【研究の社会的意義】

途上国のみならず先進国においても，毎年ノロウイルス等の病原微生物による感染性胃腸炎が流行しており，我が国においてもその社会的損失は計り知れない。今後，社会の国際化や地球温暖化等による病原微生物の生態変化によって，新興ウイルスあるいは，これまで我が国では感染報告の無いウイルスによる新たな感染症の増加が懸念される。本研究では、新たなウイルスと考えられるゲノムの一部を下水から検出し、また地域における分布状況を示した。今後、本手法を応用することで、ウイルス感染症の発生状況を把握し，将来的なウイルス感染症の早期検出が期待される。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)

【研究分野】環境動態解析

【研究領域課題番号】16K12578 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

メタンハイドレート / ドロマイト / 化石DNA / 海洋堆積物 / メタゲノム / ゲノム / 海洋生態 / 海洋資源 / 高塩分環境 / 鉱物 / 環境

【研究成果の概要】

本研究の目的は、燃える氷で知られるメタンハイドレート中で過去の生物が長期保存されているかの検証とメタンハイドレートが周囲に作り出す高塩分環境に適応した微生物群集の解明である。
最初に申請者らは、顕微鏡観察とメタゲノム解析によって、メタンハイドレートには微細粒子状の鉱物が封じ込められており、外側から遮断された鉱物内には微生物群集が存在していることが明らかにした。さらにメタンハイドレート周辺の海洋堆積物には、過去の水塊に生息したプランクトン由来の化石DNAが状態良く保存されていることも本研究では明らかにし、過去の環境変動に影響を受けて変化した生態系の復元を復元することに成功した。

【研究の社会的意義】

本研究では、地質学・地球化学・微生物学・分子生物学を専門分野とする研究者が協力することにより、メタンハイドレートに封じ込められた微粒子状の鉱物内に微生物生態系が存在することを明らかにした。研究者らは、メタンハイドレート付近の海洋堆積物から過去の水塊に生息した生物由来の化石DNAを取得し、環境変動の影響によって変化した生態系を明らかすることにも成功した。メタンハイドレートに着目することによって、古生物学や古環境学を調べる新たなツールとして化石DNAを提案できる状態にした。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)

【研究分野】水圏生命科学

【研究領域課題番号】15H04549 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

遺伝子伝搬 / 大腸菌 / 好冷細菌 / Vector Particle / 増殖温度特性 / 遺伝子座 / ベクターパーティクル / 全ゲノム / 比較ゲノム / 遺伝子伝達粒子 / 広宿主域 / ゲノム / メタゲノム / ウイルス / 遺伝子伝達

【研究成果の概要】

広宿主域な遺伝子伝達粒子(VP)の特性と遺伝子の解明を試みた。VP感染大腸菌とF-の接合実験より、4つの栄養要求性の復帰を調べた結果、VP生産遺伝子が染色体上のpro-leu遺伝子座近傍にあることを明らかにした。VP伝播遺伝子が伝搬する遺伝子を明らかにするため、至適増殖温度10℃の好冷細菌由来のVPを大腸菌に形質導入し、その性状と遺伝子をしらべた。その結果、至適、許容温度範囲が共に7℃低下、10℃て最大増殖密度を示し、好冷菌由来VPが耐塩・耐冷性を中温細菌に伝搬したことを確認した。これによりVPが異なる系統群に増殖温度特性に関する遺伝子を伝搬することを示した。現在、遺伝子配列の解明中である。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】16,250千円 (直接経費: 12,500千円、間接経費: 3,750千円)

【研究分野】寄生虫学(含衛生動物学)

【研究領域課題番号】15H05272 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

感染症 / ゲノム / 次世代シーケンサー / 網羅的診断 / 感染症迅速診断 / ナノポアシーケンサー / 非特異的病原体検出 / メタゲノム / MinION / diagnosis-by-sequencing / ウイルス / 原虫 / マラリア / デングウイルス / 迅速診断 / 遺伝子型

【研究成果の概要】

本研究課題では、１）小型迅速次世代シーケンサーMinIONを、核酸等温増幅系である２）Loop-mediated Isothermal Amplification（LAMP）法、あるいは３）非特異的multiple displacement amplification (MDA)法と組み合わせることで、病原体ゲノム配列に基づいた感染症迅速診断系の開発を試みた。本系は、シーケンサーやサンプル処理に関わるシステム一式の持ち運びが容易であることを特徴とするため、研究室において基本的な系を確立した後、インドネシアをはじめとした種々の感染症の流行地に赴き、現場でも実施可能であることを確認した。

【研究の社会的意義】

MinIONは小型迅速であるだけでなく省電力でもあり、ノートPCのUSBから電力の供給が可能である。そこで、今回開発した乾燥LAMP法あるいはMDA法を応用した非特異的検体処理法と組み合わせることで、遺伝子解析システム一式のポータビリティーと汎用性が革新的に向上することが予想される（"どこでも・なんでもシーケンス"の実現）。これら特徴を病原体の一次診断に用いることで、途上国において遺伝子型判定に基づく先進医療の提供が可能になるだけでなく、日本を含む先進国においても感染症の国境を越えた移動とそのアウトブレイクに対する対策を提供できる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】16,120千円 (直接経費: 12,400千円、間接経費: 3,720千円)

【研究分野】生態・環境

【研究領域課題番号】26650158 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

共生 / 腸内細菌 / 昆虫 / シロアリ / ウイルス / ファージ / ゲノム / メタゲノム / CRISPR / 害虫 / ゲノミクス / 群集構造 / 難培養微生物

【研究成果の概要】

シロアリは枯死材のみを餌とする昆虫で、地球の物質循環において重要な役割を果たすと同時に、人間にとっては木材の大害虫でもある。その高効率な木質消化能力の大部分は、腸内に共生する微生物群集によるものである。本研究では、その腸内共生細菌叢を攻撃する可能性があるバクテリオファージ群集のゲノム解析を初めて行い、その群集構造とファージが感染する腸内細菌種の同定に、一部成功した。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)