2020 Fiscal Year Research-status Report
The integrated multi-omics analysis of nontuberculous mycobacteria using neural network algorithms to construct a predictive model of the pathological features
| Project/Area Number |
18KT0019
|
|---|
| Research Institution | Niigata University |
|---|
Principal Investigator |
菊地 利明 新潟大学, 医歯学系, 教授 (10280926)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
阿部 貴志 新潟大学, 自然科学系, 教授 (30390628)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-07-18 – 2022-03-31
|
| Keywords | 非結核性抗酸菌 / オミックス解析 / 一括学習型自己組織化マップ / 深層学習 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
非結核性抗酸菌 (NTM) は環境中に広く生息しており、その吸入曝露によって、慢性呼吸器感染症であるNTM症を発症する。このNTM症の臨床上課題は、病態分類が不明確な点である。感染症は一般に、病原微生物と宿主との相互関係によって成立する。そこで「NTM症患者の起因菌の性状は、菌株固有の性状に加え、患者の病態も反映しており、起因菌から病態を分類できるのではないか？さらに、その分類された患者群から病態的特徴を明らかにし、起因菌から病態を予測できるようになるのではないか？」という問いを掲げる。これに対する答えを求めて、本研究では、NTM症患者からの病態と起因菌のバイオデータを解析し、NTM症の病態分類群とその特徴を明らかにして、その病態を起因菌から予測する数理モデルを構築する。研究初年度は、患者病態データの収集を主に行い、診療情報に加え、炎症性因子の血中濃度を、患者病態データとして収集を進めた。研究二年目は、NTMのゲノムデータの収集を行った。NTMのゲノムシークエンサーデータをマルチプレックスのシングルエンド法で解析したところ、約5 MbのNTMのゲノムに対し、平均2,574 Mbのシークエンスデータが得られた。研究三年目に当たる今年度は、NTMのゲノムデータから数理モデルを構築した。研究二年目に得られたシークエンスデータを、基準株のゲノムへマッピングし、一塩基多型（single nucleotide polymorphism/SNP）候補を検索した。これらのSNP候補の中から、病態データも加味して、病態特有のSNP候補の出現パターンを明らかにした。そして機械学習を用いて、病態を完全に識別可能な学習モデルを作成できた。さらに病態の分離に寄与していたSNPを抽出し同定することができた。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究初年度は、患者病態データの収集を主に行い、所属研究機関 (新潟大学) の倫理委員会で承認を受けた研究計画(承認番号：2016-0106)に従って、診療情報 (年齢、性別、生活歴、既往歴、現病歴、臨床検査値、X線/CT画像、治療経過、予後) に加え、炎症性因子 (38種類のサイトカインと鉄代謝マーカー) の血中濃度を、患者病態データとして収集を進めた。研究二年目は、NTMのゲノムデータの収集を行った。NTMのゲノムシークエンサーデータをマルチプレックスのシングルエンド法で解析したところ、約5 MbのNTMのゲノムに対し、平均2,574 Mbのシークエンスデータが得られた。研究三年目に当たる今年度は、NTMのゲノムデータから数理モデルを構築した。研究二年目に得られたシークエンスデータを、基準株のゲノムへマッピングし、一塩基多型（single nucleotide polymorphism/SNP）候補を検索した。検出された全SNP候補の中から、増悪あるいは安定病態で共通して検出、かつ、対比する病態でSNPが検出された株が少ないSNP候補を同定した。このSNP候補の出現パターンを対象に、機械学習を用いて、増悪あるいは安定病態かを識別する数理モデルの構築を試みた。モデル構築に使用した機械学習は、識別に重要なSNPを絞り込むため「教師あり」で、ランダムフォレストを用いて識別に寄与する要因を探索した。このSNPパターンを用いることによって、増悪あるいは安定病態を完全に識別可能な学習モデルを作成できた。さらに病態の分離に寄与していたSNPを抽出し同定することができた。
|
| Strategy for Future Research Activity |
来年度は補助事業期間を延長して、今回構築した識別モデルをより精緻なモデルにしていく。そのために、解析する菌株数を増やしながら、研究三年目に同定したSNPについて遺伝子機能や同義/非同義置換の有無などを検討していく予定である。
|
| Causes of Carryover |
ゲノムデータからの数理モデルの構築を、計画より効率的に行うことができたために、次年度使用額が生じた。生じた次年度使用額を使用することにより、補助事業の目的をより精緻に達成する。
|
-
[Journal Article] A Phase II Study of Osimertinib Combined With Platinum Plus Pemetrexed in Patients With EGFR-Mutated Advanced Non-Small-cell Lung Cancer: The OPAL Study (NEJ032C/LOGIK1801)2021
Author(s)
Asahina H, Tanaka K, Morita S, Maemondo M, Seike M, Okamoto I, Oizumi S, Kagamu H, Takahashi K, Kikuchi T, Isobe T, Sugio K, Kobayashi K.
-
Journal Title
Clin Lung Cancer
Volume: 22
Pages: 147-151
DOI
Peer Reviewed / Open Access
-
[Journal Article] Clinical manifestations of adult patients requiring influenza-associated hospitalization: A prospective multicenter cohort study in Japan via internet surveillance2021
Author(s)
Ishida T, Seki M, Oishi K, Tateda K, Fujita J, Kadota JI, Kawana A, Izumikawa K, Kikuchi T, Ohmagari N, Yamada M, Maruyama T, Takazono T, Miki M, Miyazaki Y, Yamazaki Y, Kakeya H, Ogawa K, Nagai H, Watanabe A.
-
Journal Title
J Infect Chemother
Volume: 27
Pages: 480-485
DOI
Peer Reviewed / Open Access
-
[Journal Article] Disseminated Varicella-zoster Virus Infection Causing Fatal Pneumonia in an Immunocompromised Patient with Chronic Interstitial Pneumonia2021
Author(s)
Ueno H, Hayashi M, Nagumo S, Ichikawa K, Aoki N, Ohshima Y, Watanabe S, Koya T, Abテゥ T, Ohashi R, Ajioka Y, Kikuchi T.
-
Journal Title
Intern Med
Volume: 60
Pages: 1077-1082
DOI
Peer Reviewed / Open Access
-
-
[Journal Article] Combination therapy of cisplatin with cilastatin enables an increased dose of cisplatin, enhancing its antitumor effect by suppression of nephrotoxicity2021
Author(s)
Arita M, Watanabe S, Aoki N, Kuwahara S, Suzuki R, Goto S, Abe Y, Takahashi M, Sato M, Hokari S, Ohtsubo A, Shoji S, Nozaki K, Ichikawa K, Kondo R, Hayashi M, Ohshima Y, Kabasawa H, Hosojima M, Koya T, Saito A, Kikuchi T.
-
Journal Title
Sci Rep
Volume: 11
Pages: 750
DOI
Peer Reviewed / Open Access
-
-
-
-
[Journal Article] A prospective phase II study of multimodal prophylactic treatment for afatinib-induced adverse events in advanced non-small cell lung cancer (Niigata Lung Cancer Treatment Group 1401)2021
Author(s)
Okajima M, Miura S, Watanabe S, Tanaka H, Ito K, Ishida T, Makino M, Iwashima A, Matsumoto N, Sato K, Ichikawa K, Abe T, Yoshizawa H, Kikuchi T.
-
Journal Title
Transl Lung Cancer Res
Volume: 10
Pages: 252-260
DOI
Peer Reviewed / Open Access
-
[Journal Article] Chronic Hypercapnic Respiratory Failure in an Adult Patient with Silver-Russell Syndrome: A Case Report2021
Author(s)
Hakamata M, Hokari S, Ohshima Y, Kagami M, Saito S, Motoike IN, Abe T, Aoki N, Hayashi M, Watanabe S, Koya T, Kikuchi T.
-
Journal Title
Intern Med
Volume: -
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Open Access
-
[Journal Article] ONO-7475, a Novel AXL Inhibitor, Suppresses the Adaptive Resistance to Initial EGFR-TKI Treatment in EGFR-Mutated Non-Small Cell Lung Cancer2020
Author(s)
Okura N, Nishioka N, Yamada T, Taniguchi H, Tanimura K, Katayama Y, Yoshimura A, Watanabe S, Kikuchi T, Shiotsu S, Kitazaki T, Nishiyama A, Iwasaku M, Kaneko Y, Uchino J, Uehara H, Horinaka M, Sakai T, Tanaka K, Kozaki R, Yano S, Takayama K.
-
Journal Title
Clin Cancer Res
Volume: 26
Pages: 2244-2256
DOI
Peer Reviewed / Open Access
-
[Journal Article] Prognostic significance of the radiologic features of pneumonitis induced by anti-PD-1 therapy2020
Author(s)
Watanabe S, Ota T, Hayashi M, Ishikawa H, Otsubo A, Shoji S, Nozaki K, Ichikawa K, Kondo R, Miyabayashi T, Miura S, Tanaka H, Abe T, Okajima M, Terada M, Ishida T, Iwashima A, Sato K, Yoshizawa H, Kikuchi T.
-
Journal Title
Cancer Med
Volume: 9
Pages: 3070-3077
DOI
Peer Reviewed / Open Access
-
-
-
[Journal Article] Distribution of Legionella species and serogroups in patients with culture-confirmed Legionella pneumonia2020
Author(s)
Miyashita N, Higa F, Aoki Y, Kikuchi T, Seki M, Tateda K, Maki N, Uchino K, Ogasawara K, Kiyota H, Watanabe A.
-
Journal Title
J Infect Chemother
Volume: 26
Pages: 411-417
DOI
Peer Reviewed / Open Access
-
-
[Journal Article] Higher genome mutation rates of Beijing lineage of Mycobacterium tuberculosis during human infection2020
Author(s)
Hakamata M, Takihara H, Iwamoto T, Tamaru A, Hashimoto A, Tanaka T, Kaboso SA, Gebretsadik G, Ilinov A, Yokoyama A, Ozeki Y, Nishiyama A, Tateishi Y, Moro H, Kikuchi T, Okuda S, Matsumoto S.
-
Journal Title
Sci Rep
Volume: 10
Pages: 17997
DOI
Peer Reviewed / Open Access
-
-
-
[Journal Article] Cysteinyl Leukotriene Synthesis via Phospholipase A2 Group IV Mediates Exercise-induced Bronchoconstriction and Airway Remodeling2020
Author(s)
Ueno H, Koya T, Takeuchi H, Tsukioka K, Saito A, Kimura Y, Hayashi M, Watanabe S, Hasegawa T, Arakawa M, Kikuchi T.
-
Journal Title
Am J Respir Cell Mol Biol
Volume: 63
Pages: 57-66
DOI
Peer Reviewed / Open Access
-
[Journal Article] Frequent Germline and Somatic Single Nucleotide Variants in the Promoter Region of the Ribosomal RNA Gene in Japanese Lung Adenocarcinoma Patients2020
Author(s)
Ohashi R, Umezu H, Sato A, Abテゥ T, Kondo S, Daigo K, Sato S, Hara N, Miyashita A, Ikeuchi T, Motoyama T, Kishi M, Nagaoka T, Horiuchi K, Shiga A, Okuda S, Sekiya T, Ohtsubo A, Ichikawa K, Kagamu H, Kikuchi T, Watanabe S, Tanuma JI, Schraml P, Hamakubo T, Tsuchida M, Ajioka Y.
-
Journal Title
Cells
Volume: 9
Pages: 2409
DOI
Peer Reviewed / Open Access
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
