2021 Fiscal Year Research-status Report
CRISPRを利用した新規ウィルス（ファージ）ゲノム同定そして進化の考察
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20K21405
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| Research Institution | National Institute of Genetics |
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Principal Investigator |
井ノ上 逸朗 国立遺伝学研究所, ゲノム・進化研究系, 教授 (00192500)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| Keywords | 新規ウイルス / CRISPR-Cas / ファージ / 縄文人 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ウイルスは地球上でもっとも個体数の多い、遺伝物質を有する有機体集団である。全てのウイルスは特定の細胞に感染し増殖する。ウイルスと細胞の間では遺伝子の水平伝播と軍拡的進化競争が起こり、これらは進化の原動力となった。多くのウイルスのゲノムを解析することで、ウイルスのみならず、細胞性生命の進化と起源についての理解も得られるだろう。
これまでのウイルスゲノムを探索する研究は、相同性検索によって検出される、既知のウイルスに近縁な種に限られていた。本研究の目的は、１）CRISPR免疫記憶を利用して相同性検索に依存しない方法でファージゲノムを探索し、さらに得られたゲノム配列を用いてウイルス全体の進化と起源を明らかにすること、２）古代ウイルス配列決定をおこない、ウイルス進化を年代を確立した上で検討すること、である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ウイルスゲノムには多様かつ未知の遺伝子が大量にコードされており、その大部分は細胞性生命で見つかる遺伝子とはホモロジーがない。大量の未知遺伝子を持つウイルスゲノムを網羅的に解析することは、生物学の根源的なテーマである生命の起源を解き明かす上で重要な役割がある。ウイルスゲノムを解析することで得られる情報はウイルスのみの進化に関するものに限られない。
今年度は主に縄文人検体から古代ウイルス同定をおこなった。古代ウイルスは、古代人の口や腸に存在していたと推定される。そのため、歯髄や糞石といったサンプルには縄文人のゲノムに加え、ウイルスのゲノムも存在していたと考えられる。これらのサンプルから全ゲノムシークエンシングデータ（全ゲノムデータ）を得ることを着想した。国立科学博物館の篠田謙一館長より縄文人をはじめ多数の年代の日本列島人の歯髄と歯石から得られた76の全ゲノムデータの提供を受けた。加えて東京大学理学部太田博樹教授より、縄文人糞石由来DNA4検体の提供を受け、全ゲノムデータを取得した。さらに、日本と海外の古代人のバイロームを比較できるように、データベース上で公開されている海外の古代人由来全ゲノムデータもダウンロードした。こうして得られた古代人由来の全ゲノムデータを使うことで古代ウイルスを得ることができる。縄文人から得られた歯髄および糞石由来の全ゲノムデータを用い、ウイルスの網羅的探索を行った。ウイルス同定のために、データベース上に登録のある既知のウイルスを参照配列として相同性検索を行った。これによって11種類の現代のウイルスと類似のゲノムを持つ縄文ウイルスを同定した。
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| Strategy for Future Research Activity |
CRISPRを用いたウイルス検出法をさらに広範なメタゲノムに適応し、地球上に存在するウイルスゲノムの広範なデータベースを構築する。最終年度はトランスクリプトームデータベースを用いRNAウイルス検出も目指す。さらにここから、検出されたウイルスゲノムにコードされるタンパクのデータベースを構築する。そしてタンパクの種間の分布と起源を明らかにする。特にDNAポリメラーゼや逆転写酵素、RNAポリメラーゼなどのウイルスと細胞性生命両方で見つかる遺伝子に注目する。ウイルスとホストとの間に起こった水平伝播を明らかにし、生命の進化におけるウイルスの関わりを明らかにする。
解析補助者1名を雇用し、ウイルスゲノムを公開するデータベースを構築し、外部に公開するためのwebサーバーやGPUの購入を見込んでいる。GPUはCPUを上回る速度で進化しており、数年後にはバイオインフォマティクスにおける主力の計算資源となることが予想される。
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| Causes of Carryover |
実験消耗品の供給状況が未だ安定せず、購入ならびに執行に至らなかったため。予定していた実験を次年度に進める際、主に物品費として使用する。
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[Journal Article] Comprehensive discovery of CRISPR-targeted terminally redundant sequences in the human gut metagenome: Viruses, plasmids, and more2021
Author(s)
Ryota Sugimoto, Luca Nishimura, Phuong Thanh Nguyen, Jumpei Ito, Nicholas F Parrish, Hiroshi Mori, Ken Kurokawa, Hirofumi Nakaoka, Ituro Inoue
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Journal Title
PLoS computational biology
Volume: 17
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] Gut microbiome analyses of ancient individuals, so called “Jomon”, lived in Japanese archipelago2021
Author(s)
Luca Nishimura, Akio Tanino, Takafumi Katsumura, Kae Koganebuchi, Daisuke Waku, Masahiko Kumagai, Ryota Sugimoto, Naoko Fujito, Hiroki Oota, Ituro Inoue
Organizer
ASHG Virtual Meeting 2021
Int'l Joint Research
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