Reconstruction of parasitic infections among ancient peoples of the Japanese archipelago using DNA from paleofeces

• Project/Area Number: 21K13141
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 03060:Cultural assets study-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 小金渕 佳江 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (10753593)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2021: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: 古代ゲノム / 感染症 / 寄生虫 / 糞石 / 古代DNA / 衛生環境 / 進化

Outline of Research at the Start

考古遺物の一つである糞石に含まれる寄生虫卵や幼虫は、当時の健康状態や衛生環境を推定する指標となりうる。本研究は、日本列島の糞石DNAに含まれる寄生虫を復元し、当時の生活環境や古代人の健康に与えた影響の解明を目的に、短いDNA断片の配列解析に適した次世代シーケンサー（NGS）による糞石DNA配列解析を行う。配列情報から、種の同定や古代と現代の寄生虫の系統関係、病態に影響を与える遺伝子の差異を考察する。東アジアにおける糞石DNA感染症研究は例がなく、本応募研究はこの地域での生活環境の解明や感染症の広がりを明らかにする一助となる。

Outline of Annual Research Achievements

近年、古い遺物からDNAを抽出して配列解析を行う古代DNA研究分野において、過去の感染症の実態を明らかにする研究が進みつつある。過去の病原体DNAを直接分析することで、その拡散過程や病原性の変化を議論できるようになってきた。研究対象となる疾患はペストや結核など広く知られた感染症が対象になることが多いが、寄生虫もヒトに身近な感染症である。そこで、糞石由来DNAを用いた寄生虫の進化解析に向けて分析対象とする寄生虫DNAの実験的濃縮を実施することにした。まずは、寄生虫の存在の有無を確認するため、ショットガンシーケンシングでの予備解析で得られたDNA配列について、種分類の精度の向上を試みた。これまでは解析プログラムCentrifugeを使用して配列の種分類をしていたが、偽陽性判定が多い可能性が見られたため、類似のツールであるKraken2を用いた分類を行い、より確からしい分類を行うためのパラメータを検討した。その結果、Centrifugeより検出できた種は減少したが、その一覧を見ると以前の分析よりも尤もらしい結果が得られた。また、古代ゲノムでの種分類に利用されることが多いMALTでの解析も進めている。こちらのプログラムはKraken2よりも解析に時間を要するが、より偽陽性や偽陰性を減らすことができると考えており、引き続きパラメータの検討を続ける。
また、海外でのサンプル収集を目的としてインドネシアへの渡航を検討していたが、インドネシアでの調査申請の調整に想定以上時間を要しており、渡航費やそれに必要な備品に必要な経費を次年度に持ち越した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

寄生虫DNA濃縮の実験設計に向けて、予備解析データの解析が進んでいる。インドネシアとの調整も少しずつ進んでおり、次年度中に渡航できる見込みである。

Strategy for Future Research Activity

引き続き、寄生虫DNA濃縮の実験とそのデータ解析、及びサンプル収集を進める。

Research Products

• [Journal Article] Metagenomic analyses of 7000 to 5500 years old coprolites excavated from the Torihama shell-mound site in the Japanese archipelago (2024)
  • Author(s): Nishimura, L., Tanino, A., Ajimoto, M., Katsumura, T., Ogawa, M., Koganebuchi, K., Waku, D., Kumagai, M., Sugimoto, R., Nakaoka, H., Oota, H., & Inoue, I.
  • Journal Title: PloS one Volume: 19(1) Issue: 1 Pages: e0295924-e0295924
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0295924
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Demographic history of Ryukyu islanders at the southern part of the Japanese Archipelago inferred from whole-genome resequencing data. (2023)
  • Author(s): Koganebuchi, K., Matsunami, M., Imamura, M., Kawai, Y., Hitomi, Y., Tokunaga, K., Maeda, S., Ishida, H., Kimura, R.
  • Journal Title: Journal of human genetics Volume: 68 Issue: 11 Pages: 759-767
  • DOI: 10.1038/s10038-023-01180-y
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Complete mitochondrial genome sequencing reveals double-buried Jomon individuals excavated from the Ikawazu shell-mound site were not in a mother–child relationship (2022)
  • Author(s): D. Waku, K. Koganebuchi, T. Gakuhari, M. Yoneda, O. Kondo, T. Masuyama, Y. Yamada*, H. Oota*
  • Journal Title: Anthropological Science Volume: 130 Issue: 1 Pages: 39-45
  • DOI: 10.1537/ase.220129
  • ISSN: 0918-7960, 1348-8570
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Whole-Genome Sequencing of a 900-Year-Old Human Skeleton Supports Two Past Migration Events from the Russian Far East to Northern Japan (2021)
  • Author(s): Sato Takehiro、Adachi Noboru、Kimura Ryosuke、Hosomichi Kazuyoshi、Yoneda Minoru、Oota Hiroki、Tajima Atsushi、Toyoda Atsushi、Kanzawa-Kiriyama Hideaki、Matsumae Hiromi、Koganebuchi Kae、Shimizu Kentaro K、Shinoda Ken-ichi、Hanihara Tsunehiko、Weber Andrzej、Kato Hirofumi、Ishida Hajime
  • Journal Title: Genome Biology and Evolution Volume: 13 Issue: 9 Pages: 192-192
  • DOI: 10.1093/gbe/evab192
  • NAID: 120007170565
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] An analysis of the demographic history of the risk allele R4810K in RNF213 of moyamoya disease. (2021)
  • Author(s): K. Koganebuchi, K. Sato, K. Fujii, T. Kumabe, K. Haneji, T. Toma, H. Ishida, K. Joh, H. Soejima, S. Mano, M. Ogawa, H. Oota
  • Journal Title: Annals of Human Genetics Volume: 1-12 Issue: 5 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1111/ahg.12424
  • NAID: 120007168800
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Exploring correlations in genetic and cultural variation across language families in Northeast Asia. (2021)
  • Author(s): H. Matsumaea*, P. Ranacher*, P. E. Savage*, D. E. Blasig, T. E. Curriej, K. Kognebuchi, N. Nishidal, T. Sato, H. Tanabe, A. Tajima, S. Browno, M. Stoneking, K. K. Shimizua, H. Oota*, and B. Bickel*
  • Journal Title: Science Advances Volume: 7(34) Issue: 34 Pages: 9223-9223
  • DOI: 10.1126/sciadv.abd9223
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Human genomic insights into the historical population dynamics of the Ryukyu Islands, Japan (2023)
  • Author(s): Kae Koganebuchi
  • Organizer: the International Conference of the Korean Society for Molecular and Cellular Biology 2023
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 日本列島を中心としたヒト移住史のゲノム学研究 (2023)
  • Author(s): 小金渕佳江
  • Organizer: 日本考古学協会2023年度宮城大会
  • Invited
• [Presentation] The peopling of Eurasia and the Americas inferred from human genome analysis (2023)
  • Author(s): Koganebuchi, K., Oota, H.
  • Organizer: XXI INQUA Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 南太平洋ヒト集団を対象とした糞便 DNA メタバーコーディングによる植物性摂食物同定 (2023)
  • Author(s): 小金渕 佳江, 所谷 敬司, 熊谷 真彦, 勝村 啓史, 梅_ 昌裕, 太田 博樹
  • Organizer: 第77回日本人類学会大会
• [Presentation] 生物人類学におけるヒトのゲノム研究倫理 (2022)
  • Author(s): 小金渕佳江
  • Organizer: 第76回日本人類学会大会・第38回日本霊長類学会大会連合大会
• [Presentation] Searching for parasitic infection in the Japanese archipelago based on ancient DNA from paleofeces (2022)
  • Author(s): Kae Koganebuchi, Akio Tanino, Mayumi Ajimoto, Ken-ichi Inada, Takafumi Katsumura, Motoyuki Ogawa, Daisuke Waku, Minoru Yoneda, Hiroki Oota
  • Organizer: The 22nd Congress of the INDO-PACIFIC PREHISTORY ASSOCIATION
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ancient parasitic infections in the Japanese archipelago are inferred using genomic analysis for paleofeces (2022)
  • Author(s): Kae Koganebuchi, Akio Tanino, Mayumi Ajimoto, Ken-ichi Inada, Takafumi Katsumura, Motoyuki Ogawa, Daisuke Waku, Minoru Yoneda, Hiroki Oota
  • Organizer: Insights Into Human History in the Eurasian Stone Age: Recent Developments in Archaeology, Palaeoanthropology, and Genetics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] なぜ我々はワークフロー言語を書くのか－事例紹介: nf-core－ (2021)
  • Author(s): 小金渕佳江
  • Organizer: 2021年日本バイオインフォマティクス学会年会・第10回生命医薬情報連合学連合大会
• [Presentation] 東アジアにおけるヒト多様性の成立過程を集団遺伝学解析により推定する (2021)
  • Author(s): 小金渕佳江
  • Organizer: 2021年度日本冷凍空調学会年次大会
  • Invited
• [Presentation] 進化から迫るヒトの食の多様性-酒とともに生きる:アルコール代謝に見る遺伝子と飲酒行動の多様性- (2021)
  • Author(s): 小金渕佳江
  • Organizer: 第75回日本人類学会大会
• [Presentation] 遺伝子から考える 飲酒と霊長類の関係性 (2021)
  • Author(s): 小金渕佳江
  • Organizer: 第 11 回 応用生理人類学研究センター講演会
  • Invited
• [Remarks] 淡青 vol.48 [ 特集 ] トイレと東大
  • URL: https://www.u-tokyo.ac.jp/ja/about/public-relations/tansei.html