共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 環境メタ-オミクス研究におけるモデル細菌ゲノム解析法導入の検討
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

 小笠原直毅 奈良先端大情報科学研究科 教授

2

 林哲也 宮崎大フロンティア科学実験総合センター 教授

3

 小椋義俊 宮崎大フロンティア科学実験総合センター 助教

研究目的 自然環境の微生物群集構造解析は、環境中に存在する微生物数、群集構造、多様性、環境機能との関連性、微生物間や植物などの生物間相互作用などを明らかにするものである。環境DNAそのものを網羅的に解読するメタゲノムに加え、ポストゲノム学的解析法（トランスクリプトミクスやプロテオミクス）の導入により、本来活動・機能している微生物を解析することが可能になる。本研究は、モデル細菌の最新ゲノム解析手法を環境微生物研究への導入を検討し、新たな解析法の可能性を試みる。
　　
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、解析法や研究の長所や問題点が明らかとなってきた。本年度は、メタゲノム、分子遺伝学の各研究者に研究成果と現状を話していただき環境メタ-オミクス研究にモデル細菌の研究法の導入が可能か、今後の展開について意見交換を行った。
　小椋義俊「新型シーケンサーを用いた微生物ゲノム解析 -新規ゲノム配列決定、高精度系統解析、菌叢解析を中心に-」：宮崎大学・フロンティア科学実験総合センターには、3台の新型シーケンサー（454 GS FLX+， 454 GS junior， イルミナMiSeq）が設置されており、新学術領域研究「ゲノム支援」では、シーケンス拠点の一つとして、病原微生物のゲノム支援活動を行っている。これらのシーケンサーは、配列解読方式や仕様が異なっており、解読塩基長、解読リード数、解読精度、ランニングコストなどにおいて、いずれも一長一短がある。新規ゲノム配列決定、ゲノムワイドな高精度系統解析、解析深度の深い16s rDNA菌叢解析については、新型シーケンサーを使わずに実施する事はほぼ不可能である。新型シーケンサーを用いた微生物ゲノム研究の技術的な側面について、実例を多く示しながら紹介した。
　林 哲也「ゲノム配列をベースとした新興病原体の研究 -大腸菌の近縁種Escherichia albertiiの解析-」：次世代シーケンサを用いることで、ドラフト配列は短時間かつ低コストで取得可能となり、多数菌株の大規模なゲノム比較によるpan-genome解析や高精度phylogenomicsが可能となってきている。細菌ゲノム解析において、次世代シーケンサの登場後も完全長配列の取得は困難であるが、繰り返し配列や多重遺伝子、複数コピー存在する可動性遺伝因子、ゲノム再編などに関する正確な情報を得るために、完全長配列の決定は必須と考える。近年認識された新興病原体であるEscherichia albertiiの解析を取り上げ、(1) 重点的にゲノム配列決定や多様性解析を進めてきた中で、この新興病原体に「偶然」巡り会った経過、(2) 4株のE. albertiiの完全長配列決定と大腸菌とのゲノム比較から遺伝的特徴について紹介した。
　小笠原直毅「新型シーケンサーを用いた細菌ゲノムの機能解析」：新型シーケンサーは、数百―数千万のDNA断片の配列決定を可能にすることから、遺伝子チップに代わるOMICS解析プラットホームとしても重要である。大腸菌と枯草菌の核様体上でのDNA結合タンパク質の挙動をゲノムワイドに解析するために、新型シーケンサーを用いたChIP-seq解析に取り組んでいる。DNA結合タンパク質の認識部位を、in vitroでのFoot printing法と変わらぬ精度で、細胞内でマッピングすること、転写の方向性の情報を維持したRNA-seq解析や無傷の5’末端を持つm-RNA以外を分解するExonucleaseを用いて、転写開始点を1bpの解像度で網羅的に決定する手法から、定性・定量的研究を進めることができる。
　　
成果となる論文・学会発表等