マウス腸内細菌におけるゲノム変異速度の解明

Research Project

Project/Area Number	21K15065
Research Category	Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Basic Section 43050:Genome biology-related
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	高安伶奈東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 助教 (20814833)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2023-03-31
Project Status	Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000) Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000) Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000) Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Keywords	腸内細菌 / ゲノム / ロングリード / 進化 / 寿命 / ゲノム進化 / 共生 / 食事
Outline of Research at the Start	腸内細菌と宿主との相互作用は、長期にわたる共生関係の中で形成されたと考えられているが、腸内細菌が宿主由来の環境圧の下でどのようにゲノム変異してきたのか殆ど明らかになっていない。SPFマウスを用いた予備実験では、一生の期間のほぼ全体に存在する「ライフコア」細菌の存在が明らかとなり、それらが個体の寿命等に関わっている可能性も示された。本研究では、単離培養した少数のライフコア細菌を移植したノトバイオートマウスを作成し、餌を変えた複数群で、一生にわたる長期時系列サンプルを取得する。得られたサンプル中の細菌ゲノムを解析することで、ライフコア細菌の食事等の背景に応じたゲノム変異速度を観測する。
Outline of Annual Research Achievements	昨年に引き続き、SPFマウスの時系列サンプルを用いて、ロングリードとショートリードを組み合わせたメタゲノム解析を行うことにより、数百種が同時に存在する実際の腸内細菌の生態系の中で起こる変異の時間変化を観察した。昨年得た、マウスの時系列サンプル( >50検体のショットガンメタゲノムデータと、6検体のロングメタゲノムデータ)からは、15の完全な細菌ゲノムが再構築された。その中でLactobacillus spp.のゲノムは、生後~50日、~400日にゲノム変異の増加が確認された。構築された完全ゲノムにショートリードデータをマッピングすることにより、生後すぐには1株独占状態だったが、徐々に多様性を増やし、最終的には5株程度のstrainが存在したことが推定された。当初独占状態にあった株と、一生の中盤以降に多数を占めた株は異なっており、ゲノム上では、13箇所の変異のホットスポットが存在した。また、より大きなゲノム構造の変化が起こった可能性も示唆された。マウスの一生にわたる腸内細菌の基礎的な変動データについては、16S解析の結果を、現在communications biology誌に投稿中である (査読中)。また、予備実験として、昨年度行った高脂肪食や高繊維等を用いた食事のintervention実験と、それに付随して行った行動試験の結果についても、現在投稿中である(PLOS ONE, 投稿済)。また、別のマウスでもSequel IIプラットフォームで2検体Hifi-readの追加解析を行った。昨年から、マウスのロングリードメタゲノムでは十分なリード数が得られないことが多かったが、NEBNext FFPE DNA Repair Mixでライブラリを前処理することで、十分な品質のデータが得られるようになった。