共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 メタプロテオーム解析におけるタンパク質同定検索手法の開発
新規・継続の別 新規
研究代表者／所属 北大低温研
研究代表者／職名 准教授
研究代表者／氏名 笠原康裕

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

1

 黒川顕 東京工業大 教授

2

 丸山史人 東京工業大 助教

3

 森宙史 東京工業大 博士課程後期(D3)

研究目的 寒冷圏の土壌における環境変化に対する微生物群集の構造と機能の変化をタンパク質レベルで解明するメタプロテオミクスを行っている。しかし、土壌からの抽出タンパク質の同定はDNA情報が少ないなどの問題から困難であり課題が多い。本研究では、DNA情報不足下でのタンパク質同定の現状と同定検索の高効率化のための手法を開発する。モデル細菌であるゲノム解析株の全タンパク質の質量分析データを用いて、Web上のDNA配列データベースや擬似的メタゲノムデータベース等を作成し、タンパク質の同定率を探る。
　　
研究内容・成果 　現在、様々な環境においてメタゲノム解析が行われ、データマイニング、遺伝子同定法、群集解析法に新たな手法が研究されている。この研究法はプロテオーム解析による群集解析に応用できる点が多い。本年度は、メタゲノム・生物情報の研究者に研究成果と現況を話していただきメタプロテオミクスの蛋白質同定手法・群集解析の可能性についての意見交換を行った。
　丸山史人「バクテリアゲノム情報に基づく種特異的進化機構〜ヒト病原細菌を例として〜」：ヒトに種々の疾患を生じるA群レンサ球菌（S. pyogenes）のゲノムは遺伝子の30%がファージ領域で占められており、異なる多数のファージによってもたらされる毒素遺伝子を獲得することで多彩な病原性が生じていると考えられている。一方、その近縁種であるミュータンス菌（S. mutans）では、ほぼ同じ領域（口腔）に生息しているにも関わらず、プロファージを持たない株がほとんどである。そのため、これら近縁種において、このようなゲノム構造の違いがどのように生じたのかについて知ることが、これら種の起源や病原性の獲得機構を知るうえで有用である。細菌のファージに対する獲得免疫機構として機能するClustered Regulatory Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR) というゲノム内の反復構造に着目して，情報的・実験的なアプローチで比較ゲノム解析を行ない、同じ属内 (Streptococcus) の細菌種が，どのような特異的進化を果たしてきたと考えられるのかについて紹介した。
　黒川　顕「環境メタゲノミクス」：細菌群集からDNAをまるごと抽出してシークエンスする「メタゲノム解析」により，培養困難な細菌から構成される環境中の細菌叢の全体像を解析することが可能となった．新型シークエンサーの利用およびバイオインフォマティクス技術の発展によって加速するメタゲノム解析について，現在までの研究の成果と新たな群集解析ソフト、さらにこれから先の研究の方向性を中心に説明され、生物情報学の重要性とパワフルさを紹介した。
　環境プロテオミクスの情報学的検討課題であるタンパク質同定について、(1) 次世代シークエンサーにより排出される400塩基長以下のデータベースを対象とした検索・同定率、(2)環境タンパク質から既存データベース(NCBI)を用いたタンパク質同定率と細菌群集構造解析の可能性を探った。それより、(1)短鎖長のDNAデータベースになるほどタンパク質同定率・確度ともに低下した。(2)NCBIを用いたタンパク質同定率は極端に低く、群集解析も現状では不可能である。今後、既知同定ソフトの利用ではなく、新規に同定検索ソフトを開発する必要性がある。
　　
成果となる論文・学会発表等