2020 Fiscal Year Research-status Report
ヒト体内細菌叢時系列データを用いた細菌叢と疾患・健康状態の関係予測の研究
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19K20221
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| Research Institution | Tokyo Medical and Dental University |
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Principal Investigator |
長谷川 嵩矩 東京医科歯科大学, M&Dデータ科学センター, 講師 (80753756)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 統計的時系列解析 / 状態空間モデル / メタゲノム解析 / ゲノム解析 / 生命情報学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度においては，単一疾患だけではなく各種バイタルデータを網羅的に扱いつつ，細菌叢と疾患の関連性を解析する統計モデルの開発を実施した．これは既存研究の拡張にあたる取り組みであるといえる．本研究ではヒト体内細菌叢メタゲノムのデータに留まらず，血液データなど各種バイタルデータを同時に採取しており，これらを統合的に扱う枠組みを作成するための必須ステップであった．今年度は更に，複数年度に渡る同一の参加者のデータを統合し，利用可能にする統計的時系列モデルへ拡張する取り組みを行った．本研究では，総和が1となるような0から1までの実数値で構成されるコンポジションデータを取り扱いつつ，パラメータ推定とモデル選択を効率的かつより高精度に計算する必要がある．また，複数の細菌群の混合作用を考慮出来るようなモデルを設計することも重要である．このことから，非線形かつ観測ノイズも非ガウス型となる非線形状態空間モデルの形として統計モデルの開発を行うことで，体内細菌叢や血液データの潜在的な状態を隠れ変数として表現し，またモデルを構成するパラメータ値の推定が同時に行えるようなモデルへの拡張を行った．加えてショットガンデータの利用に関しては，対象とする疾患（本研究では主に慢性疾患）に関連する遺伝子パスウェイデータをKyoto Encyclopedia of Genes and Genomes（KEGG）データから抽出し，参加者の細菌叢が保有する遺伝子セットとしてモデルに組み込むことで，それぞれの参加者の細菌叢が保有する遺伝子パスウェイの各種バイタルデータへの影響を組み込むことを行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本年度の研究計画としては，②①で開発したモデルの時系列解析への拡張，③ショットガンデータ特有の情報を扱えるモデルへの拡張，までを実施する予定であった．上述した通り，双方に関して予定通り研究計画を進めることが出来た．ただし，本年度はCovid19の世界的蔓延もあり，策定したモデルの実装と計算，並びに結果の解釈と発表・論文化という点において想定外の遅れが生じてしまった．このため，予定の研究期間の延長を申請しており，このような観点から，進捗状況としては，やや遅れているとした．
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度においては，開発されたモデルを実際のデータに対して適用し，計算と解析，解釈した上で研究結果として発表するという点に注力する．上述した通り，元々の研究計画として行うはずだった理論的な設計に関する部分はほぼ終了しているため，次年度では主にモデルの修正や実データ適用に合わせた更新，またその実装と解析結果の解釈という部分に着手する．これらは成果をまとめた上で学術雑誌に投稿する予定である．またアプリケーションとして実社会応用が形として提供することも視野にいれている．
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| Causes of Carryover |
前述の通り，新型コロナウイルスの蔓延による予想外の研究の遅延が生じており，主に研究の発表・論文化といった部分に関して次年度使用額が発生した．次年度においては主に，旅費等論文発表に関する支出を想定している．
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Research Products
(2 results)
